Wie erkennt eine intelligente Kamera transparente, reflektierende Objekte? SingTown OpenMV löst das Wettbewerbsproblem.

In Roboterwettbewerben müssen Fahrzeuge oder Roboterarme oft die Position von Zielobjekten in komplexen Hintergründen erkennen, um Pfadplanung oder Greifaufgaben durchzuführen.

Dieses Projekt erfordert die Erkennung von halbtransparenten Acryl-Halbkugelhauben mit einem Durchmesser von etwa 10 Zentimetern, die am Boden einen 2 Zentimeter breiten Rand aufweisen. Sie werden in der Raummitte auf dem Boden platziert (Raumgrösse 4×4 Meter). Es können maximal drei Ziele vorhanden sein, deren Positionen festgelegt sind.

Der Hintergrund ist ein nicht einfarbiger Boden mit einfachen Mustern, der leicht Reflexionen und Lichtstörungen verursachen kann.

Um eine präzise Koordinatenerkennung und Pose-Schätzung zu erreichen, plant das Team, die SingTown OpenMV intelligente Kamera als visuelles Onboard-Modul einzusetzen, um die Acrylhaube in Echtzeit zu detektieren und zu lokalisieren.

Das System muss die Informationen über den Mittelpunkt der Zielposition im Bildkoordinatensystem ausgeben und die Daten an das Hauptsteuerungssystem des kleinen Fahrzeugs übertragen, um automatische Navigation, Pfadanpassung oder Aufgabenauslösung zu ermöglichen.

Das Roboterwettbewerbsprojekt basiert auf dem transparenten Zielerkennungssystem, das auf der OpenMV-Intelligenzkamera von SingTown aufgebaut ist. Die Computer Vision- und Bilderkennungstechnologie ermöglicht durch die Integration von Reflexionsmerkmalerkennung, Kantenextraktion und morphologischen Analysenalgorithmen eine präzise Erkennung von halbtransparenten Acrylhauben unter komplexen Lichtverhältnissen.

Da Acrylglas stark reflektiert und schwache Kantenkonturen aufweist, unterdrückt das System zunächst Störungen durch Bodenmuster mithilfe eines dynamischen Schwellenwerts und eines adaptiven Hintergrundalgorithmus. Anschliessend werden durch Sobel-Kantenerkennung und morphologischen Schluss die Kantenkonturen des transparenten Acrylglases extrahiert. Um Reflexionen zu behandeln, nutzt das System Helligkeitsverteilung und Glanzlichterkennung, um effektiv echte Grenzen von Lichtreflexen zu unterscheiden.

Nach Abschluss der Erkennung berechnet das Programm automatisch die Koordinaten des Schwerpunkts (x, y) der Acrylhaube im Sichtfeld der Kamera und gibt diese über die serielle Schnittstelle an die Hauptsteuerplatine des Fahrzeugs aus.

Bei der Erkennung mehrerer Ziele kann der Algorithmus anhand der Zielfläche oder -position filtern und die Abdeckungen im zentralen Bereich des Geländes als Hauptziele identifizieren.

Praktische Tests zeigen, dass dieses Konzept in gleichmässig beleuchteten Innenräumen eine Erkennungsrate von über 93 % erreicht, mit einer Positionsabweichung von weniger als 1,5 cm (bei einer Kamerahöhe von 30 cm über dem Boden).

SingTown OpenMV Embedded Vision System bietet eine hohe Betriebsgeschwindigkeit (über 20 fps) und eignet sich für Szenarien mit Edge-Implementierung wie Roboterwettbewerbe, Fahrzeugnavigation und Greifanwendungen von Roboterarmen.

Der Vorteil liegt darin, dass keine Markierungen benötigt werden, eine hohe Anpassungsfähigkeit an transparente Objekte besteht und unter verschiedenen Bodenmustern stabile Koordinatensignale ausgegeben werden können, was dem automatischen Steuerungssystem präzise visuelle Eingaben liefert.