帶跟瞄功能的視覺眼孔通信模型研究

1 引言

　　一般機(jī)器人具有視覺、力觸覺，而發(fā)射眼孔波的視覺機(jī)器人幾乎未見報(bào)導(dǎo)。機(jī)器人視覺識(shí)別和發(fā)射眼孔波之后，按眼孔波信息，機(jī)器人力觸覺傳感器可以進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。用視覺進(jìn)行識(shí)別，用眼孔波發(fā)射信息。

　　眼孔可以發(fā)出眼孔波，眼孔波含有信息，據(jù)此首次提出機(jī)器人視覺系統(tǒng)眼孔波通信框架，以下簡(jiǎn)稱眼孔波通信框架，這種眼孔波通信跟瞄數(shù)學(xué)上同時(shí)給出其數(shù)學(xué)表達(dá)。

　　眼孔波信息傳送可以用大氣激光通信系統(tǒng)在機(jī)器人中的應(yīng)用方法實(shí)現(xiàn)。眼孔波握手的方法：

　　1、 發(fā)起者開始捕獲序列，發(fā)出眼孔波，它的位置和特性被接收者捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)。
　　2、 接收者回答，發(fā)出眼孔波，他的位置和特性被發(fā)起者捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)。
　　3、 發(fā)起者開始眼孔波數(shù)據(jù)傳輸。

　　機(jī)器人視覺可以同時(shí)使用眼孔波通信方法，本文該技術(shù)開辟了視覺光通信的新階段。本文將小型大氣光通信系統(tǒng)引入機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，并通過研究自動(dòng)捕獲，使視覺通信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，發(fā)射接收端可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，從眼孔波自動(dòng)獲取短距離信息以操縱機(jī)械手工作。

2 捕獲方法：信標(biāo)光捕獲研究

　　在捕獲過程中激光器或探測(cè)器應(yīng)當(dāng)覆蓋不確定區(qū)域，當(dāng)激光束被接收端探測(cè)到時(shí),開始時(shí)有一個(gè)初始瞄準(zhǔn)誤差，為了能夠開始通信，它應(yīng)當(dāng)被減少至所需的瞄準(zhǔn)誤差。在發(fā)射端和接收端可以采用基于角度分析的多種捕獲方法[1-2]，在測(cè)量距離為Z的條件下，根據(jù)靶面尺寸正態(tài)瑞利分布特性，本文提出從尺寸角度將捕獲分成兩種方法見圖1、圖2：

圖1 捕獲方法

　　捕獲見圖2：

圖2 Yu捕獲示意圖

　　關(guān)于手動(dòng)捕獲：對(duì)遠(yuǎn)處的通信機(jī)進(jìn)行視覺眼孔觀察信標(biāo)光捕獲。在一定角度或靶面尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行。

　　關(guān)于自動(dòng)捕獲：對(duì)遠(yuǎn)處的通信機(jī)進(jìn)行自動(dòng)信標(biāo)光捕獲。在一定角度或靶面尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行。

1、發(fā)射端掃描捕獲方法

　　當(dāng)?shù)谝浑A段無法捕獲時(shí)，保持FPA(CCD)接收端不動(dòng)，發(fā)射端用發(fā)散角狹窄的信標(biāo)光激光束在不確定的區(qū)域掃描。在捕獲距離為Z的條件下，捕獲時(shí)間依賴于不確定區(qū)域尺寸對(duì)可探測(cè)光束尺寸的比例乘以在每個(gè)點(diǎn)的滯留時(shí)間。由于不穩(wěn)定抖動(dòng)的影響，為了增加額外的邊際安全，搜索過程在掃描區(qū)域之間存在著交迭，光束發(fā)散尺寸被交迭的因子修正。當(dāng)信標(biāo)光激光束被接收端探測(cè)到時(shí)，開始時(shí)有一個(gè)初始瞄準(zhǔn)誤差如圖1(a) 所示。此時(shí)捕獲取景完成。

2、接收端掃描捕獲方法

　　保持發(fā)射端的信標(biāo)光激光束不動(dòng)，F(xiàn)PA(CCD)接收端在不確定的區(qū)域掃描視場(chǎng)。在捕獲距離為Z的條件下，捕獲的時(shí)間依賴于不確定區(qū)域尺寸對(duì)可探測(cè)光束尺寸的比例乘以在每個(gè)點(diǎn)的滯留時(shí)間。由于不穩(wěn)定抖動(dòng)的影響，為了增加額外的邊際安全，搜索過程中在掃描區(qū)域之間存在著交迭，光束發(fā)散尺寸被交迭的因子修正。當(dāng)信標(biāo)光激光束被接收端探測(cè)到時(shí)，開始時(shí)有一個(gè)初始瞄準(zhǔn)誤差如圖1(b) 所示。此時(shí)捕獲取景完成。