Введение
Постановка задачи
Существующие решения
Глава 1. Обзор и аппаратная часть реализации
Глава 2. Программная часть реализации
Заключение
Список литературы

Купить

Вместе с бурным развитием вычислительной техники в 21 веке появились или также получили развитие различные области науки и инженерного искусства. Еще всего лишь несколько десятилетий назад едва ли были мыслимы роботы Boston Dynamics, эксперименты ЦЕРН на БАК, современные компьютерные игры, интеллектуальные системы типа Siri от Apple, в основе которых лежит обработка очень больших объемов данных и применение state-of-art алгоритмов машинного обучения и нейронных сетей, программное обеспечение, умение владеть которым сегодня является скорее обыденностью и необходимостью, нежели преимуществом, — взять те же графические редакторы, и т. д.
Одной из таких областей является компьютерное зрение дисциплинарная область, появившаяся в последней четверти прошлого века и занимающаяся извлечением высокоуровневых представлений из цифровых изображений и видео, а также автоматизацией задач, которые выполняет обычный человеческий глаз. При этом медиа-источники, в соответствии с решаемой задачей, могут иметь иметь самый разный характер и содержание. Рассмотрим несколько примеров.
Главной областью, где результаты компьютерного зрения были востребованы, является робототехника. Первые системы компьютерного зрения были связаны с промышленными роботами и проверяли, что деталь на конвейере находится в определенном месте и занимает определенное количество пикселей. Сейчас появляются роботы, которым надо работать не с деталями, лежащими на плоском конвейере с известным цветом ленты, а от которых требуется способность понимать, анализировать реальный мир в трехмерном пространстве, движения и намерения объектов в нем, и это на порядки сложнее.
Элементы компьютерного зрения также используются в стоматологии. Ранее для создания коронок копировали форму обломка зуба, создавая слепок, по которому изготавливали новый зуб. При помощи современных технологий можно обойтись без слепков взять специальную камеру, снять обломанный зуб со всех сторон и по¬
строить трехмерную модель обломка. Затем на основе совмещения и вычитания объемов этой модели и модели целого зуба получается модель для заготовки, которая уже отправляется на печать. Также есть примеры диагностического применения. По срезам МРТ головного мозга можно получить трехмерную картинку, из которой будет понятно, какого объема тот или иной процесс в органах пациента, насколько сильно он распространен, что поможет врачу лучше проанализировать ситуацию.
Беспилотным автомобилям необходима способность находить людей, светофоры и их сигналы, чтобы избегать ДТП, распознавать разметку, топографические и искусственные объекты с картографическими данными, чтобы удерживаться в своей полосе, контролировать своё местоположение и корректировать его при необходимости.
В ритейле компьютерное зрение применяется для распознавания штрих-кодов и подсчета посетителей.
Другим следствием развития вычислительной техники было появление относительно дешевых, простых в использовании и обладающих малыми размерами, программируемых контроллеров. Одним из таких контроллеров является линейка «аппаратно-вычислительных платформ» Arduino. Благодаря ей многие познали мир микроконтроллеров, узнали, что собрать небольшое полезное устройство может даже человек без специального образования, с минимальными познаниями в программировании и с отсутствием познаний в электроникетому служит множество образовательных проектов по робототехнике, ориентированных на школьников. Однако это вовсе не означает, что данные контроллеры не применяются в серьезных проектах.
Данная работа представляет собой проект устройства, предназначенного для решения конкретной задачи построения контура объектов по набору изображений в рамках создания станка с ЧПУ с использованием контроллера Arduino в аппаратной части и алгоритмов компьютерного зрения в программной. 
Постановка задачи
Рассмотрим задачу производства различных изделий из ткани. Пусть имеется (штучное) производство футболок с полной запечаткой и пошивом, а также иных изделий из ткани. Одним из этапов этого производства является вырезание элементов одежды из куска ткани, на котором производилась печать. При промышленных масштабах это производится на широкоформатных режущих плоттерах с использованием заранее заданного шаблона. При штучном производстве это делают руками с помощью обычных ножниц. Еще один из способов достичь цели помощью лазера. При этом суть метода остается такой же, как в варианте с плоттером, однако на месте режущих ножей будет стоять лазер. Перечислим основные плюсы и минусы данного подхода по сравнению с остальными.
Плюсы:
Автоматизация ручного труда.
Не происходит растяжения ткани и, кроме того, она оплавляется по краям.
Возможность использования лазера для резки других материалов и изделий.
Минусы:
Повышенные требования к технике безопасности.
Стоимость данного варианта сильно превышает стоимость ручного труда.
Необходимость наличия специального помещения или стола с вытяжкой.
Сделаем еще несколько замечаний. Во-первых, печать на ткани подвержена многим факторам, и в общем случае каждый раз результат печати по одному и тому же шаблону будет немного отличаться от
предыдущего. Поэтому при резке на традиционном плоттере могут воз-никнуть проблемы (вдобавок к тому, что плоттер сам по себе весьма дорогой инструмент, и его применение нецелесообразно при штучном производстве). Во-вторых, еще раз стоит отметить, что при резке ножницами ткань может неравномерно растягиваться, что негативно сказывается на качестве итогового результата (изделия).
В условиях наличия в распоряжении части аппаратных средств для создания собственного станка-резака было предложено спроектировать и реализовать его. В самом общем виде техническое задание звучало следующим образом: из куска ткани (пример на рис. 1) с напечатанными на ней частями одежды нужно вырезать эти самые части. При этом печать всегда происходит на белой ткани и на границах вырезаемых элементов есть тонкие (но заметные) контрастные контура (иначе без шаблона было бы невозможно понять, что нужно вырезать, если часть элемента по задумке должна остаться белой). Резку в силу обозначенных выше причин и замечаний было предложено производить лазером, а определение элементов осуществлять при помощи цифровой камеры. Допустимая погрешность была определена в 1-2 мм. Критерием корректности резки является оценка экспертом (дизайнером). Таким образом, более конкретно задачу можно сформулировать так: необходимо создать станок для лазерного раскроя швейных материалов, оснащенный интеллектуальной оптической системой. При этом критерий корректности его работы математически выражается следующим образом: VE G А ^рG E3 q G LE: p — q || <= 2 мм, где А - множество контуров вырезаемых элементов, E тура вырезаемого элемента, L луч лазера при вырезании соответствующего контура E.

Купить