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Thema: visuelle Distanzmessung fuer mobile Roboter

  1. #1
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    visuelle Distanzmessung fuer mobile Roboter

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    Moin,
    richtig aktuell ist dies Projekt zwar nicht mehr, aber ich habe gerade die Bilder davon wiedergefunden. Vielleicht ist es ja interessant, weil hier immer mal wieder Kameraprojekte auftauchen.

    2004 haben ein Kumpel und ich einen Roboter mit Raumtiefenwahrnehmung gebaut. Dabei haben wir uns des Lichtschnittvefahrens bedient, umgesetzt mit einer Gameboy-Camera und einem auf einen Servo verstellbar montierten Linienlasers. Die einzelnen Linienbilder fuer verschiedene Winkeleinstellungen des Lasers wurden ueberlagert und dann daraus ein Distanzbild berechnet. Das ganze lief auf einem ATmega8515 mit 32kB externem RAM, der komplette Code war in Assembler (Dass wir das auf einer solchen Platform und in Maschinensprache umsetzen konnten liegt weniger an unserem grossen Geschick mit Assembler als vielmehr an der Einfachheit des Verfahrens.)
    Fuer die Navigation auf Grundlage der Entfernungsbilder blieb dann leider wenig Zeit, weshalb wir einfach einen Schwellwert fuer die minimale Hindernisentfernungen festgesetzt haben.


    Der Roboter mit exponiert montiertem Linienlaser


    Ein Graustufenbild einer Beispielszenerie


    Das Linienbild der Szenerie


    Und das errechnete Entfernungsprofil

  2. #2
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    Is ja uur geil, ich arbeite auch gerade an einem projekt mit der gb cam.
    Ich bin noch beim boardlöten, ich sollte mal wieder weitermachen.

    Du machst ja bei jeder linie ein bild, und dann wird alles berechnet.

    Wie lange dauert das bis du von einer "szene" so ein entfernungsprofil erstellt hast?
    Kann die gb cam den linienlaser auch bei tageshelligkeit erkennen?

    lg christoph

  3. #3
    Benutzer Stammmitglied
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    Es sind 20 Linien pro Bild, die jeweils mit sehr kurzer Belichtungszeit aufgenommen werden, da dann allein die helle Linie im Bild zu sehen ist. (Auch wenn das Linienbild nach kompletter Dunkelheit aussieht wurde es bei Tageslicht gemacht.) Das dauerte, wenn ich mich richtig erinnere, knapp zwei Sekunden. Die eigentliche Berechnung ging dann relativ schnell, es sind deutlich unter 100 Instruktionen pro Pixel. Das Erkennen der Laserlinie ist auch bei Sonnenlicht meist kein Problem, (Sieht man von extrem dunkeln Oberflaechen und Glas ab.) allerdings braucht man auch einen guten Laser. Anfaenglich haben wir mit dem 50 Euro Linienlaser von Conrad (optische Ausgangsleistung < 1mW) experimentiert, der dann wirklich nur bei kompletter Dunkelheit und guten Oberflaechen mit langer Belichtung funktioniert.

    Gruss, Joern

  4. #4
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    Zitat Zitat von jörn
    Anfaenglich haben wir mit dem 50 Euro Linienlaser von Conrad (optische Ausgangsleistung < 1mW) experimentiert
    Und welchen setzt ihr jetzt ein?

  5. #5
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    Der Laser kam letztendlich von ebay und hatte ne Ausgangsleistung von 5mW. Das sind Laserschutzklassen, die eventuell vorsichtiger zu behandeln sind (Allerdings ist es auch kein Punkt, sondern die Leistung wird ueber eine Linie aufgefaechert.)
    Conrad scheint mittlerweile auch einen leistungsfaehigeren Linienlaser zu fuehren, den sie als bei Tageslicht sehr gut sichtbar beschreiben. Der liegt um die 200 Euro.

  6. #6
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    Bei Laserfuchs gibts Linienlaser mit 5mW für 13€...was zeichnet den für 200€ aus?

    (Versteh mich nicht falsch, will das nur verstehen )

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hi Jörn,

    feines Gerät, eleganter Algorithmus! Gefällt mir gut.

    Zum Algo hab ich noch die Frage: So wie ichs verstehe, funktionierts nur perfekt, wenn der Boden eben ist und die Hindernisse auf dem Boden stehen. Bei unebenem Boden würde es ungenau und über dem Boden schwebende Hindernisse, oder nach vorne konvexe werden weiter weg vermutet. Ist das so korrekt?

    grüsse,
    Hannes

  8. #8
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    Ne, das verstehst Du falsch. Ich gebe zu, dass da das Beispielbild ein bisschen ungluecklich ist und leider habe ich das Ding demontiert und kann deshalb keine weiteren Szenerien aufnehmen, die mal ein komplexeres Setting zeigten.
    Der Algorithmus sollte in der Hinsicht nicht taeuschbar sein und hat allein bei manchen Settings Probleme mit Abschattungen, die aber auch nicht zu Fehlern sondern nur zu Regionen ohne Daten fuehren sollten.
    Deine Ideen zur Taeuschung hoeren sich so an, als verwende der Algorithmus den Horizont und die Hoehe im Bild als Clue fuer Entfernung. (Genau so funktionierte unser erster Roboter, der nur mit der Kamera ausgestattet war. Es schraenkt den Einsatz aber doch sehr deutlich auf "Laborumgebungen" ein.)
    Tatsaechlich ist es aber mehr eine aktive Triangulation. Der Laser strahlt in einem gewissen Winkel ab, die Kamera nimmt diesen Strich an bestimmten Bildpunkten wahr. Aus Kenntnis der Geometrie von Laser und Kamera kann man dann auf die Distanz der Bildpunkte schliessen (und wie man im Bild sieht, wurde dazwischen konstant interpoliert). Damit das robust funktioniert ist es wichtig, eine gewisse Distanz zwischen Laser und Kamera zu haben. (Deswegen die exponierte Montage es Lasers)
    Gruss, Joern

  9. #9
    Benutzer Stammmitglied
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    Ja, es liegt mir fern fuer Conrad zu werben und bei manchen Preisen halte ich es direkt fuer nicht ausgeschlossen, dass man es vielleicht auch woanders fuer 90% weniger bekommt. Letztendlich hilft sowieso nur ausprobieren und bei 13 Euro macht man wohl nichts verkehrt.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    danke für die Antwort,
    eine eindeutige Triangulation gibts aber wohl dann, wenn man beim Auswerten des Bildes weiss, welche Linie zu welcher Laserneigung gehört. Wie ist das im Verfahrenn sichergestellt? Sind die Linien gekennzeichenet? Ich hab dich so verstanden, dass die Bilder überlagert werden.

    grüsse, Hannes

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