Potřebuje můj robot 3D vidění? Jaký typ systému strojového vidění potřebuji? To jsou otázky, které se objevují v robotice velmi často. Někteří tvrdí, že 3D vidění je nezbytné, protože lidé mají prostorové vidění. Je však 3D vidění opravdu lepší než 2D vidění?
Nedávné výzkumy poskytly na tento problém nový pohled. Výzkum toho, jak vidí kudlanky nábožné, vrhl světlo na to, jaké vlastnosti jsou pro vidění robota nejdůležitější.
Jak vidí kudlanky nábožné ve 3D?
Vědci z Newcastle University zjistili, že hmyz vidí ve třech rozměrech, ale ne normálním způsobem (tj. způsobem, kterým vidíme ve 3D). Prostorové vidění se obvykle získá pořízením dvou snímků stejné scény ze dvou mírně odlišných míst. Tyto dva obrazy jsou kombinovány mozkem (nebo počítačem ve strojovém vidění robota) a rozdíly mezi nimi se používají k extrahování hloubkových informací pomocí vzdálenosti mezi objekty v obou obrazech.
Stejně jako lidé mají kudlanky dvě oči, které směřují dopředu. Mohou také přesně detekovat hloubku pro chytání své kořisti, jako mohou lidé a další predátoři. V důsledku toho se můžeme domnívat, že budou používat stejný vizuální systém, jaký používají ostatní predátoři. Ale opak je pravdou.
Ukázalo se, že kudlanky mají velmi účinný a přesný systém 3D vidění. Systém však funguje správně pouze v jedné konkrétní situaci: když se objekty, které vidí, pohybují (např. kořist) a když obě oči hmyzu vidí stejný objekt. Když se objekty nepohybují, je možné, že kudlanka vůbec nevidí ve 3D (vědci toto však netestovali, takže si nemůžeme být jisti). Je tedy možné, že pak vidí jen ve 2D.
Pokud je každému z očí hmyzu zobrazen jiný, nesouvisející pohyblivý obraz, což by se v přírodě nestalo, kudlanka nesprávně detekuje 3D pohybující se objekty. Může to být podobné optické iluzi u lidí, kde náš vizuální systém ukazuje věci, které tam nejsou.
Vědci také zjistili, že kudlanka byla schopna snadno detekovat maskované objekty a nebyla rozptylována změnami světla. V těchto situacích kudlanka fungovala mnohem lépe než lidé.
Lze však tyto nové poznatky aplikovat na robotiku? Vzhledem k tomu, že vidění kudlanky je velmi efektivní (korelovalo to s jejím velmi malým mozkem), mohl by být tento typ prostorového vidění ideální pro roboty s nízkým výpočtem.
Co se můžeme naučit při pohledu do očí kudlanky
Existuje užitečná věc, kterou se můžeme naučit od kudlanek: Přizpůsobit typ systému vidění specifickým potřebám úkolu.
Kudlanky nábožné mají specializovaný systém vidění, který velmi dobře funguje pro konkrétní aplikaci, pro kterou je potřeba, tj. chytání pohyblivé kořisti, která se k němu blíží. 3D vidění kudlanky by však v jiných situacích pravděpodobně fungovalo špatně. Například by nebylo možné zjistit polohu statického předmětu, aby jej bylo možné zachytit. Lidé jsou v tomto naopak velmi dobří, ale je pro nás zase těžké detekovat maskované pohybující se objekty.
V robotice není rozumné investovat do nejsložitějšího a nejdražšího systému vidění, aby se dosáhlo toho, že budeme mít systém, který bude fungovat v každé situaci. Skutečností je, že neexistuje žádný systém vidění, který by fungoval v každé situaci!
Systém vidění kudlanky funguje v některých situacích lépe než lidské vidění, v jiných je však zase horší. To platí také pro strojové vidění robotů.
3D vs. 2D vidění robota
Výzkum se konkrétně zaměřoval na možnosti 3D vidění hmyzu.
U robotického vidění se obecně předpokládá, že 3D vidění je lepší než 2D vidění. Někteří lidé se domnívají, že se používá méně, protože je dražší. To však také není pravda. Stejně jako vidění kudlanek v některých situacích funguje lépe než v jiných, může 3D v některých situacích vykazovat horší výkon než 2D vidění. Například 3D vidění vyžaduje složitější algoritmy, takže může pracovat pomaleji nebo hůře detekovat některé materiály atd.
5 vlastností inspirovaných hmyzem, které ovlivňují vidění robota
Jaké vlastnosti budou pro vaši robotickou aplikaci důležité? Pojďme se podívat na 5 nejlepších vlastností inspirovaných vizuálními schopnostmi kudlanky.
1. Rychlost detekce
Kudlanka nábožná musí odhalit kořist ultrarychlou rychlostí. Ačkoli většina robotů nemusí být tak rychlá, rychlost detekce je stále velmi důležitá.
Rychlejší vidění robota znamená, že můžete zkrátit dobu cyklu. To zvyšuje produktivitu vaší robotické buňky.
2. Řízení definice obrazu
Rozlišení vidění kudlanky je poměrně špatné, jako u mnoha hmyzu. Jsou však schopni fungovat i přesto, že vidí ve velmi nízkém rozlišení.
Požadované rozlišení vidění robota závisí na potřebách vašeho úkolu. Detekční algoritmy jsou někdy rozsáhlé a mají nižší rozlišení. Jindy je nutné vysoké rozlišení. Nejlepší systémy vám umožňují zvolit rozlišení podle vašich potřeb.
3. Široký rozsah detekce objektů vůči pozadí
Jednou z úžasných věcí na vidění kudlanky je její schopnost detekovat velmi maskované pohybující se objekty.
Vidění robota závisí na dobrém kontrastu mezi objektem v popředí a pozadím. Ta nejlepší řešení vidění jsou použitelná pro různá pozadí a mohou detekovat objekty na téměř jakémkoli materiálu.
4. Osvětlení
Kudlanka nábožná je schopna vidět ve velmi špatných a proměnlivých světelných situacích. Ve skutečnosti to vypadá, že jejich vidění je zcela založeno na pohybu a nikoli na světelných rozdílech, jako u našeho vidění.
Vidění robota je často velmi citlivé na změny osvětlení. Nejlepší systémy proto zavádějí různé druhy osvětlení, jako je aktivní nebo bleskové osvětlení.
5. Užitečná detekce objektů
Kudlanka má dokonalý příklad systému vidění, který detekuje přesně to, co potřebuje detekovat (pohybující se kořist) a jen málo dalšího.
Vidění robota je užitečné pouze tehdy, pokud dokáže zjistit, co je potřeba detekovat. To je důvod, proč jsou funkce, jako je snadné přizpůsobení šablon programu, tak důležité. Chcete být schopni rychle naprogramovat požadované objekty, stisknout tlačítko start a nechat robota pracovat.
