Bloque II. Periodo de Investigación (2006 – 2007)
Capítulo 2. Control Visual
2.1.3. Clasificación de los sistemas de control visual
2.1.3.4. Control basado en posición y basado en imagen
Se suele introducir una segunda clasificación [Sanderson-1980] de los sistemas de control visual que se realiza dependiendo si el control se ejecuta basado en posición o basado en características extraídas de las imágenes. En los sistemas de control basados en posición se dispone de un modelo del espacio de trabajo de forma que, a partir de las características extraídas del sistema de visión, se estima la localización del objeto a alcanzar respecto al sistema de coordenadas de la cámara. Esta localización estimada se compara a su vez con la deseada o de referencia; la diferencia entre ambas localizaciones será la entrada al regulador. A su vez, teniendo en cuenta la clasificación dada en los apartados anteriores, se pueden establecer las siguientes configuraciones para los sistemas de control visual basados en posición:
- “Ver y mover” estático basado en posición. Este esquema se corresponde con el mostrado en la Figura 2-5, en el que se observa que las características extraídas son traducidas a una localización, pd, en la que se desea que se posicione el robot.
- “Ver y mover” dinámico basado en posición. Esta arquitectura se muestra en la Figura 2-8. En la realimentación del bucle de control se extraen las características observadas en la imagen a partir de las cuales se estima la localización del objetivo a alcanzar, p C
(posición), ϕC(orientación). La entrada de referencia al bucle de control es la localización deseada del robot, C
d
p , C
d
ϕ . La diferencia entre ambas posiciones, referidas a un sistema común de referencia, es la entrada al regulador que se encargará de ir disminuyendo progresivamente esta distancia.
Figura 2-8. “Ver y mover” dinámico basado en posición.
Se observa, por lo tanto, la necesidad en este tipo de sistemas de estimar la localización. Dentro de los trabajos de reconstrucción a partir de primitivas de tipo punto cabe resaltar la contribución de DeMenthon [DeMenthon-1995] consistente en una técnica iterativa que
permite la estimación rápida de la posición de un objeto a partir de 4 puntos o más no coplanares, o a partir de 4 puntos coplanares [Oberkampf-1996]. Más recientemente se ha desarrollado una modificación de este algoritmo para permitir simultáneamente la correspondencia y determinación de la posición a partir de los puntos [David-2002]. Asimismo, es posible encontrar trabajos encaminados a estimar la localización utilizando primitivas como segmentos. Así, cabe mencionar los estudios de Horaud [Horaud-1997] consistente en una adaptación del algoritmo de DeMenthon para el caso de extracción de segmentos. Otros trabajos reseñables dentro de control visual basado en posición son los de Allen [Allen-1992] en los que se estima la posición de un objeto móvil a partir de la medida del flujo óptico con un par estereoscópico y haciendo uso de filtros α,β,γ para predecir la posición a alcanzar. Wilson [Wilson-1996] hace uso de un filtro de Kalman para estimar la posición relativa entre la cámara y el objeto. En este último trabajo se desarrolla un regulador PD en el espacio articular. Sandini y Grosso [Grosso-1996] estiman el estado del efector final de un robot a partir de la medida del flujo óptico con dos cámaras fijas. Recientemente cabe resaltar los trabajos de Martinet [Martinet-1999, Martinet-2001, Cervera-2003] en sistemas estereoscópicos para su utilización en sistemas de control visual basados en posición, así como la inclusión de características 3-D en los sistemas de control visual basados en imagen. Por último, cabe asimismo mencionar los trabajos de Lippiello, Siciliano y Villani [Lippiello-2003] centrados en el desarrollo de sistemas de control visual basados en posición haciendo uso de sistemas multi-cámaras para el seguimiento de objetos en movimiento.
- Control visual directo basado en posición. Este esquema, mostrado en la Figura 2-9, utiliza al igual que en el caso anterior, un modelo del objetivo a alcanzar para determinar su localización a partir de las características observadas por el sistema de visión. La entrada de referencia también será la localización deseada del robot. Sin embargo, en este caso el regulador se encargará de realizar la estabilización del robot.
Por el contrario, en los sistemas de control basados en imagen, el control se realiza directamente a partir de las características extraídas por el sistema de visión, que representan la proyección del objetivo a alcanzar en el plano imagen. De esta manera, la entrada al regulador será una comparación entre las características observadas y las deseadas o de referencia. De nuevo, atendiendo a la clasificación dada en los Apartados 2.1.3.2 y 2.1.3.3 se pueden distinguir las siguientes configuraciones de sistemas de control visual basados en imagen:
- Ver y mover dinámico basado en imagen. La arquitectura para un sistema de este tipo se muestra en la Figura 2-10.
Figura 2-10. “Ver y mover” dinámico basado en imagen.
La entrada de referencia, sd, se expresa en forma de características observadas por el
sistema de visión (puntos, segmentos, círculos, esquinas...). En la realimentación del sistema se encuentra el sistema de visión que se encarga, durante el desarrollo de la tarea, de realizar la extracción de estas características, s. El regulador, comparando las características reales y deseadas, realiza las acciones de control necesarias para que se consiga alcanzar la posición en la que s = sd. Una revisión histórica de este tipo de sistemas
se muestra en el Apartado 2.1.4.
- Control visual directo basado en imagen (Figura 2-11). De nuevo se observa cómo la función de error de entrada al controlador, ef, es seleccionada para conseguir que las
características observadas sean igual a las deseadas. Al utilizar un control visual directo el regulador se encargará asimismo de realizar la estabilización del robot.
Figura 2-11. Control visual directo basado en imagen.
En el Apartado