Введение:
Мобильность как следствие многосенсорности. Сравнение технологий определения местоположения. Создаём единую среду навигации: честному человеку всегда нечего было скрывать - а теперь будет и некуда скрыться
Глава I. Ориентирование робота в пространстве и распознавание окружающей среды
1. Самонаведение, основанное на безотносительном (абсолютном) местоположении
Глобальная система позиционирования: её возможности и ограничения. Как учесть ошибку GPS? Как решается проблема разрешения системы позиционирования? Пример GPS-приёмника, предлагаемого на российском рынке
2. Примеры роботов, функционирование которых обусловлено наличием средств ориентирования в пространстве
Автономный авиаробот. Мобильные роботы и танцуют, и убирают пыль
3. Датчики, реагирующие на воздействия окружающей робота среды
Определяем: влажность, давление, цвет, контрастность, местоположение, присутствие, освещенность, расстояние, температуру, угловую скорость и т. п.
Глава II. Электронное зрение роботов
1. Excalibur: технология распознавания видеоизображений
Электронное зрение как средство компенсировать погрешность GPS-навигации. Нечеткий поиск - четкий результат. Электронный кинематограф в голове у робота. Как выстраивается последовательность кадров и выделяются характерные кадры? Что такое "индексированный массив"? Казусы распознавания. Роль текста при анализе видеоматериала. Какими бывают запросы при распознавании? Что служит порогом при настройке чувствительности?
2. Система технического зрения мобильного робота
Структура и алгоритмы функционирования стереоскопической системы технического зрения. Считывание кадров видеоизображения. Строение графа захвата
3. Чем обусловлен выбор видеокамеры?
Типовая схема оптического прибора. Базовые величины: относительное отверстие, поле зрения, классы объективов, фокусное расстояние, диафрагменное число, светосила, компенсация заднего света, антиблюминг, диафрагма, глубина резкости и т. д. Как величина поля зрения влияет на выбор объектива для видеокамеры: формулы, графики и таблицы
4. Примеры роботов, функционирование которых основано на электронном зрении
Роботы для диагностики труб и проведения антитеррористических операций. Беспилотные вертолёты - в том числе, для профессиональной киносъёмки
5. Линейка видеокамер с робототехническими функциями
Ни в одном глазу нет таких возможностей. Видеокамера шарообразной конструкции. Видеокамера с тремя типами используемых матриц. Беспроводная компактная сетевая видеокамера. Видеокамера со 160-кратным динамическим диапазоном, автонастройкой фокуса и выделением вектора движения. Детектор, создающий поведенческую модель объекта
6. Системы «ночного» зрения
Миниатюрная инфракрасная камера. Тепловизор с неохлаждаемым приёмником
Глава III. Обмен данными в системах мобильных роботов
1. Примеры портативных видеопередающих устройств
ТВ-репортажная радиорелейная станция. Bluetooth-адаптеры. GSM/GPRS-мдуль.
2. Устройства для передачи видеоинформации с беспилотных летательных аппаратов
Энергетические соотношения для радиолинии связи. Расчет затухания энергии. Мощность полезного сигнала на входе приёмника. Характеристики телевизионной малогабаритной ЧМ-радиолинии
3. Характеристики аппаратуры локального телевизионного вещания
Комплекты передатчика и приёмника на дальности в условиях прямой видимости 500 и 700 м
4. Особенности беспроводных сетей
Основные виды беспроводных сетей. Расчет баланса-системы. Некоторые типичные значения для расчета
5. Примеры компонентов беспроводных сетей
GSM/GPRS/GPS-модуль. Внешний GSM/GPRS-модуль. Готовый прибор для передачи видеоинформации по GSM-каналу в реальном времени
6. Терминология беспроводных сетей
Точка доступа, зона обслуживания - базовая и расширенная, сервис пакетной передачи данных, многопользовательский доступ, беспроводные сети и соединения
7. Практическая схема дистанционного управления
Приёмник и передатчик: схемы, принцип действия, особенности настройки
Глава IV. Двигатели и источники электропитания
1. Радиоуправляемые сервомоторы (RC сервомоторы)
Блок-схема сервомотора. Типовая схема управления. Соотношение управляющих импульсов. Пример контроллера для модели автомобиля
2. Принцип действия сервомоторов и шаговых двигателей
Определения. Блок-схемы
3. Микропроцессорное управление как альтернатива шаговым механизмам
Назначение. Сравнительные характеристики крутящего момента
4. Малогабаритные моторы для роботов и источники питания
Таблицы для подбора параметров моторов и источников питания на напряжения до 3 В, на 6, 9 и 12 В. Термины и определения
5. Наглядная кибермеханика
Изображения моторно-трансмиссионых узлов беспилотных вертолётов и самолётов, робота-сапёра, манипуляторов роботов, роботизированных автомоделей, роботов для собирания нефти и пожаротушения.
Глава V. Микромеханика роботов
1. Анатомические пределы миниатюризации насекомых
Мал да удал: микроминиатюризация кое для кого есть закон эволюции. Что ждёт человека, если роботы предпочтут уподобиться не ему, а тараканам (такие разработки уже есть), москитам, скорпионам et cetera?
2. MEMS-устройства
Микроэлектромеханические устройства и закон Мура. Элементная база нового поколения: механические и электронные компоненты на одном кристалле. Технологии производства и принцип действия. Преимущества применения в беспроводных коммуникациях, оптических сетях и т. д.
3. Слаботочные реле
Технические данные и схемы включения: РЭС 10, РЭС 15, РЭС 48, РЭК 29, TN2, IM, TRR, К449КП1ВП/2ВП
4. Справка по подшипникам с внутренним диаметром до 10 мм
Расшифровка условных обозначений. Конструктивные разновидности. Материалы, применяемые для изготовления. Стандарты и нормативы: требования к моменту трения, угол контакта, уровень вибрации, радиальный зазор, класс точности, статическая и динамическая грузоподъёмность. Виды и особенности смазки
5. Наглядная микромеханика
Движение робота по произвольно расположенным поверхностям в пространстве - по потолку и стенам, внутри труб; робот-червяк и робот-змея. Устройства управления микросамолётом
Содержание 2-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике"
Введение
Солнечные батареи как фактор самостоятельности роботов и робототехнических систем. Что реально может «солнечное электропитание»? Перспективы мобильных роботов: могут ли солнечные батареи «оживить» доисторических монстров?
Глава I. Солнечная электроэнергетика
1. Школьная «солнечная лаборатория»
Солнечные машины для дачного участка - своими руками. Примеры солнечных элементов для сборки таких машин
2. Солнечные элементы и панели солнечных элементов
Что лучше — монокристаллы или поликристаллы? Преимущества и недостатки тонкоплёночной технологии. Существуют ли на самом деле «солнечные батареи»? Тень и направленность на солнце: что, где, когда?
3. Современное состояние солнечной электроэнергетики в мире
Солнечное электроснабжение: что хорошо японским семьям, то хорошо и Японии, - потому она и лидирует в этой области. Чем порадуют новые технологии? Почему солнечная электроэнергетика стала выгодным бизнесом?
4. Кровельные солнечные панели зарубежного производства
Европейские города славятся применением солнечных панелей - хотя расположены на тех же широтах, что и российские. Бесшумные электрогенераторы на крыше дома твоего. Всё, что есть в доме и рядом с ним, работает от солнечного света
5. Отечественные разработки
Примеры солнечных батарей и контроллеров от российских разработчиков. Есть и таблицы, и рекомендации. Радиорелейная станция, способная работать даже тогда, когда её солнечная панель покрыта снегом
6. Схема солнечной машины для самостоятельной сборки
Эта схема воспроизведена из солидной зарубежной книги - тем не менее, мы приводим для неё отечественные аналоги радиодеталей. Как регулировать работу этой солнечной машины?
7. Самодельная солнечная батарея
Описание также взято из известной зарубежной книги и также приведены отечественные аналоги радиодеталей. Как от этой батареи сможет на пляже работать радиоприёмник?
8. Мобильные аппараты на солнечной электроэнергии
Знакомьтесь: газонокосильщик, марсоходы, космические станции и косморобот-ремонтник, аэропланы, дирижабль, наноспутники, плавсредства — всё на солнечных элементах
Глава II. Роботы в водной среде
1. Производственное применение подводного телевидения
Это было в Ленинграде. Подводные роботы для рыбаков и рыбок
2. Подводный телеуправляемый аппарат
Сделано в России! Как он испытывался и усовершенствовался: полезные сведения для аквароботостроителей. Осветители, двигатели, датчики — подробности. Какие проблемы возникают в процессе управления и как они решаются? Технические характеристики: всё оптимизировано. Как его модифицировать без особых затрат? И, наконец, хроника производственного и перспективы коммерческого применений
3. Электронное зрение подводных роботов
Анализ работы осветительных систем для устройств подводного видения. Требования к подводным осветительным приборам. Подводные ТВ-камеры: какими они должны быть, учитывая различные помехи и другие сложности работы на глубине? Лазерная система подводного видения. Испытания лазерной подсветки. Поиск объекта под водой: какими средствами и в какой комбинации?
4. Повышение эффективности светоинформационных систем, работающих в мутных средах
Функциональная схема светоинформационной системы. Физическая модель слоя гидросреды. Как соотносятся АЧХ гидросреды и оптических приборов? Как оценивать информационную ёмкость светоинформационной системы?
5. Особенности подводного зрения
Спасение утопающих: дело роботов или водолазов? Капризы спектра и распознавание образов под водой. Визуальные шаблоны подводных объектов как предмет художественного творчества. КМОП-технологии — в помощь подводному зрению. О стабилизации изображения под водой. Голографические эталонные спектры для поиска кладов
6. Трёхмерное цифровое телевидение в ультразвуковом диапазоне для подводных работ
Объёмные изображения: из-под воды без проводов. Если чего-то не видно, машина «домыслит». Подводная ПТС (передвижная телевизионная станция) на гусеничном ходу
7. Гидроакустические системы
Обнаружить, локализовать, классифицировать, дать целеуказание. Мирная гидроакустика - экологический мониторинг и наблюдение крупных гидробионтов
8. Антенны для гидроакустики
Приём и передача данных для различных условий применения: типы и характеристики
9. Гидрофоны для звукозаписи и измерений
Подводная видеокамера без него глуха. Создаём фонотеку подводных шумов
10. Огнестрельное вооружение подводных роботов
Спортивные состязания подводных роботов недалёкого будущего. Морские биатлон и стендовая стрельба: какие нужны патроны, какова прицельная дальность? Примеры и анализ конструкций подводного оружия
11. Рекомендации по изготовлению корпуса и ходовой части аквароботов на примере постройки судомоделей
Как изготовить корпус из жести? А из стеклопластика? Как установить электродвигатель: вспомним о редукторах, дейдвудных трубах, опорных подшипниках. Валопроводы гребных винтов. Сами гребные винты: критерии расчета, способы изготовления, балансировка. Рули: изготовление, герметизация, фиксация
12. Моделирование при проектировании и эксплуатации аквароботов
Моделирование движений робота-рыбы. Программный комплекс для решения задач гидродинамики. Аппаратно-программный комплекс для имитации работы автономных подводных аппаратов в различной гидролого-акустической обстановке
13. Водный мир
Самоходная подводная платформа с телекамерами. Плавающий телеинспекционный модуль. Демонстрация герметичности кожуха видеокамеры. Аварийно-спасательный робот-змея. Радиоуправляемая модель яхты
Глава III. Видеоконтроль в системах дистанционного управления
1. Телевизор как человеко-машинный интерфейс
Дистанционное управление с помощью видеокамеры: какой дисплей удобнее с точки зрения оператора? Как снизить утомляемость оператора, сидящего у экрана контрольного монитора?
2. О качестве изображения на экране: интерполяция, фильтрация, калибровка
Малоизвестные подробности о параметрах изображения на экране: разрешающая способность, качество изображения, информативность изображения, площадь кадра, резкость изображения, информационная плотность, сглаживание границ, равномерность яркости, реалистичность изображения, контрастность, коэффициент незаметности, угловой размер, цветовая температура, равномерность цвета, колориметрические параметры
3. Дисплеи для объёмных изображений: стереоочки и трёхмерные мониторы
Стереокартинка от космических роботов: мог ли её передавать «Луноход-1»? Как наблюдать объёмное видеоизображение без специальных очков? HDTV: бомба замедленного действия
4. Большеэкранные системы: видеостены и экраны видеопроекторов
Это случилось в Чили, или большой экран как интерфейс управления мобильным роботом. Что должен и чего не должен показывать большой экран? Видеостена как средство решения сложных задач управления. Составные изображения: «управленческое качество» за счет технологической сложности
5. Кибернетическая модель оператора телевизионной автоматизированной системы управления
Особенности человеческого организма как математическое условие в задаче слежения за объектом. Когда наступит критический момент? Как «подружить» систему с управляющим ею человеком?
Справочник поможет в подготовке реферата, доклада, учебника, лабораторной, курсовой и дипломной работы, написания, книги, статьи и сценария для телевизионной или радио передачи, научно-популярного кинофильма на темы: промышленная, бытовая, боевая (военная, полицейская, охранная), экстремальная роботехника; самостоятельно, своими руками, дома собрать робота (летающего, подводного или надводного плавающего, наземного - гусеничного, колёсного, ползающего), авиационную, автомобильную или судомодель; роботизировать своё предприятие, фирму, жилище или садовый участок.
3-й выпуск справочника "Кто есть кто в робототехнике" ("Компоненты и решения для создания роботов и робототехнических систем") публикуется в виде дополнения к бумажному изданию.
Следующая книга серии "Кто есть кто в робототехнике" (третий выпуск) - первая часть трилогии «Роботы и частное право». Учитывая новизну и необычность темы, жанр 3-го выпуска - "научно-популярная литература ТОЛЬКО ДЛЯ ВЗРОСЛЫХ".
Определение:
ЧАСТНОЕ ПРАВО, в праве эксплуататорских государств отрасли права, регулирующие, в отличие от публичного права, отношения, обеспечивающие частные интересы индивидуальных собственников и капиталистических объединений.
"Советский энциклопедический словарь"
Отрывки из 1-го выпуска (иллюстрации здесь не приводятся)
Исправления возникших по техническим причинам ошибок в тексте первого выпуска КТО ЕСТЬ КТО В РОБОТОТЕХНИКЕ (КОМПОНЕНТЫ И РЕШЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ РОБОТОВ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ)
стр. 15-18
...Рассмотрим применение GPS в «уличном» роботе (GPS хорошо работает только в пространстве под открытым небом). GPS приемник постоянно вычисляет широту и долготу на основе параметров сигналов, полученных от группировки специальных спутников. Как использовать такую информацию, чтобы довести своего робота к определённому месту назначения?
Для простоты предположим, что наш GPS приёмник оперирует информацией о местоположении относительно данного исходного пункта в форме «XY» (рис. 1.2). Координаты местоположения точки, к которой роботу необходимо двигаться - (Xg, Yg), а текущие координаты робота, снабженного GPS приемником - (Xr, Yr). Вычитание координат показывает, насколько робот должен изменить своё текущее положение (ΔX, ΔY), чтобы достичь расположения цели. Таким образом, ΔX = Xg - X r, и ΔY = Yg - Yr.
Мы используем систему координат, привязанную к географии Земли, как показано на рисунке, с осью X, направленной на север. Чтобы достичь точки расположения цели, мы должны сделать возможным движение робота по курсу под углом θ относительно оси X. Элементарная тригонометрия сообщает нам, что угол, под которым мы должны двигаться, определяется из арктангенса изменений в положении «X» и «Y», то есть: θ = tan-1 (ΔY/ΔX).
Недостаточно знать только абсолютную позицию нашей цели и абсолютную позицию робота; мы должны также знать направление движения робота. Знание о направлении и величине поворота является сущностью самонаведения: требуемый поворот в движении есть разница между курсом, которым робот в настоящее время следует и курсом, по которому мы хотим, чтобы робот следовал.
Рис. 1.2. Это исходное положение робота, использующего информацию, обеспеченную системой позиционирования. За основу для вычисления курса берётся безотносительное (абсолютное) местоположение робота и цели. Электронный компас (увеличенный вид компаса - слева) позволит роботу следовать найденным курсом.
GPS обеспечивает информацию о местоположении, но непосредственно не дает нам курс робота. Электронный компас поможет заполнить этот пробел. Чтобы направиться к цели, робот поворачивается до тех пор, пока курс, обозначенный компасом, не будет соответствовать требуемому курсу. Робот продолжает раз за разом «консультироваться» с GPS приемником по поводу безотносительного местоположения, вычисляя курс от абсолютных координат местонахождения цели: вычисляет требуемый курс, поворачивается по направлению к цели, и продвигается, сокращая расстояние между собой и целью.
Итак, мы справились с проблемой перемещения нашего робота точно к месту и хотим его туда направить? Не совсем. Прежде, чем мы сможем успешно использовать информацию об абсолютном местонахождении, необходимо победить еще одного злодея, который затаился в засаде, готовый наказать новичков. Имя злодея - разрешение. Смотрим рис. 1.3.
Рис. 1.3. Заманчиво воображать, как показано на «a», что система позиционирования установит таблицу координат и, по мере того, как наш робот путешествует, система позиционирования будет сообщать ему, которую из ячеек таблицы он занимает. К сожалению, разрешение (также как шум и другие ошибки) ограничивает способность любой системы позиционирования функционировать таким образом. Если разрешение нашей системы позиционирования - R, то при ограничении разрешения, будут сомнения в любом измерении координат, сообщенном системой, по крайней мере, на величину ±R. Это означает, что, в отличие от координат пикселя на экране компьютера, координаты робота, вычисленные системой позиционирования можно воспринимать только как предположительные. Пример этого показан в форме чисел на «b». Когда робот занимает определённую ячейку таблицы координат в реальном мире, система позиционирования может сообщить, что робот находится в другой ячейке. То, как ячейки словно блуждают в разные стороны от их фактических положений, показано на «с» - и они блуждают непрерывно. Безотносительное позиционирование робота построено на этой сомнительной основе.
Каждая система позиционирования может точно измерить местоположение до некоторого минимума расстояния, но никак не меньше. Например, вы можете использовать линейку длиной в ярд, чтобы измерить расстояния всего 1/16 дюйма. Но вы не можете использовать эту линейку, чтобы измерить толщину листа бумаги. Такие маленькие расстояния меньше предела разрешения данной линейки. Аналогично, вы не можете использовать одометр вашего автомобиля, чтобы измерить диаметр баскетбольного мяча. И так же за пределами своего разрешения ни одна система позиционирования не выдаст значащую информацию. Таким образом, первый вопрос к любой системе позиционирования – каково её разрешение?
В зависимости от обстоятельств, предел разрешения обычного GPS приемника часто не лучше порядка 10 метров. (Хотя прибор может сообщать о своём местоположении до миллиметра, цифры на дисплее есть ложная точность, так как они не последовательны во времени.) Предположим, что мы пытаемся использовать такой приемник (наряду с электронным компасом) чтобы указать роботу путь в соответствии с безотносительным местоположением. Мы используем следующую программу «нацеливания» на требуемое XY-местоположение, выраженное как Dest_vec.
Поведение Home_GPS
Loc_vec = get_GPS_xy () // GPS выдаёт текущий вектор
// местоположения
Disp_vec = Dest_vec - Loc_vec // Вектор смещения (displacement)
// к месту назначения (destination)
Dist = magnitude (Disp_vec) // Расстояние (distance)
// до места назначения
Theta = arctan_vec (Disp_vec) // Вектор смещения определяет
// требуемый курс
Heading = Get_compass_heading () // Получите от компаса
// фактический курс робота
If (Dist ≠ 0) // Мы достигли места назначения?
Rotation = gl * (heading - theta) // Рассчитайте параметры
// поворота
Translation = g2 * Dist // Рассчитайте скорость перемещения
end if
end Home_GPS
Что случится, когда робот поведёт себя именно так? Если его движение моделировать на компьютере, Home_GPS заставит виртуального робота повернуться к точке назначения, движение пойдёт гладко, и всё закончится, когда робот достигнет точного места, указанного Dest_vec. Но, управляющий физическим роботом, в реальном мире Home_GPS не сможет достичь места назначения. Вместо этого, чем больше робот будет приближаться к цели, тем более растерянным он начнёт казаться.
Пока он далёк от цели, физический робот ведет себя почти таким же образом как его виртуальный собрат, перемещающийся целенаправленно к месту назначения. Но когда робот прибудет в зону в пределах 10-20 метров от цели, предел разрешения GPS системы вызовет хаос в системе управления поворотно/поступательным движением, описанной выражением Home_GPS.
В какую-то секунду прибор GPS может сообщить роботу, что он находится именно в той самой ячейке таблицы, которая и есть место назначения. Но в следующую секунду прибор сообщит, что робот находится в ячейке слева и поэтому должен развернуться на 90о вправо, а еще в следующую секунду - что робот находится в ячейке справа от цели и должен обернуться на 90о влево.
Чтобы покончить с замешательством робота, мы должны сначала умерить нашу настойчивость, в том, что робот сведёт свою ошибку позиционирования (или расстояние до цели) к нулю. То есть мы должны установить «мертвую зону» в системе управления вокруг Dist = 0. Мы заменим утверждение if (Dist ≠ 0)... на if (Dist > Thresh
.... Теперь робот будет сам решать: находится ли он достаточно близко от цели и может ли завершить самонаведение - когда прибудет в зону погрешности возле цели. Значение погрешности определяется пределом разрешения GPS системы. Как правило, определяется это значение экспериментально...
стр. 53-55
...основные энергетические соотношения для радиолинии связи. Если передатчик создаёт на своём выходе сигнал мощностью Рпер на частоте f (длина волны λ) и через антенно-фидерный тракт с коэффициентом передачи мощности ηпер этот сигнал поступает к антенне с усилением Gпер(θ), то в этом направлении θ создаётся эффективно излучающая изотропная мощность ЭИИМ.
Е = Рпер ηпер Gпер (θ). (1)
Затухание энергии в свободном пространстве, обусловленное уменьшением плотности потока мощности при удалении от источника на расстояние d вычисляется по формуле
L0 = 16π2d2/λ2 (2)
Кроме основных потерь L0 всегда имеют место дополнительные потери Lдоп, обусловленные затуханием в атмосфере земли (в основном, из-за влажности), неточностью наведения антенн и пр. Поэтому суммарные потери
L = L0 Lдоп. (3)
Мощность полезного сигнала на входе приёмника
Рпр = Рпер (λ2Gперηпер/16π2d2)*(Gпрηпр/Lдоп), (4)
где Gпр и ηпр - усиление приёмной антенны и КПД приёмно-усилительного тракта.
Более наглядно характеризовать приёмную антенну не усилением, а эффективной площадью Sэ, непосредственно определяющей тот поток энергии, который перехватывается антенной, поскольку
Gпр = 4Sэ/λ2, (5)
то
Рпр = РперGперηперηпрSэ/4πd2Lдоп. (6)
Таким образом, мощность сигнала на входе приёмной установки оказалась не зависящей от частоты сигнала, однако, чем выше несущая частота сигнала, тем больше его затухание в атмосфере.
...разработана телевизионная малогабаритная ЧМ-радиолиния, работающая в диапазоне выше 800 МГц. Выбор несущей частоты обусловлен требованиями к габаритам антенн мобильной связи, обеспечивающих разнесённый приём на приёмной и передающей сторонах радиолинии, и необходимостью учета требований ГКРЧ по использованию диапазонов. Данная разработка использует аналоговую связь. Характеристики:
- напряжение питания радиолинии, В - 12 ±10%;
- потребляемая мощность передатчика, Вт - не более 3,3;
- потребляемая мощность приёмника, Вт - не более 2,6;
- выходная мощность передатчика, Вт - не менее 0,4;
- чувствительность радиоприёмника, дБ/Вт - не хуже (-)112;
- рабочая частота радиолинии в диапазоне температур от -30о до +50о , МГц – 806 ± 2.
При ЧМ подлежит выбору девиация частоты, с ростом которой улучшается энергетика линии, но требуется занять более широкую полосу частот. Теоретический предел увеличения девиации определяется наступлением порога выигрыша ЧМ, допустимого лишь в малом проценте времени. Обычно из соображения экономии спектра оптимальная девиация частоты не достигается.
После выбора девиации можно определить необходимую полосу пропускания тракта. Проще всего это сделать по приближенной формуле Карсона с поправочным коэффициентом 1,1
П = 1,1(2Δfд + 2fв), (7)
где под fв (высшей модулирующей частотой) следует понимать самую высокую частоту передаваемого сигнала. Из формулы (7) следует, что для передачи ТВ-сигнала с девиацией ΔFд = ±6 МГц и разрешением 600 твл полоса пропускания ВЧ тракта должна быть 26 МГц.
Новые разработки для спортивного телевидения помогут в деле замены — спортивных судей на электронных арбитров. Дело в том, что благодаря именно спортивному ТВ в июне 2002 г. миллионы телезрителей во всём мире увидели, что в случае чего справедливости у судей им не добиться. Понятно это стало благодаря футбольному чемпионату, когда такие представители судейского корпуса, как футбольные арбитры продемонстрировали своеволие и безнаказанность своей касты, игнорируя неопровержимые факты - например, видеозапись спорных моментов.
21.06.02 команда США, игравшая и сильнее команды Германии, потерпела от последней поражение. Всё могло сложиться иначе, если бы не судейство, не усмотревшее нарушения в том, что защитник немцев коснулся мяча рукой на линии ворот - хотя видеозапись это отчетливо показала. В тот же день, 21.06.02 Пеле, будучи в Японии, сказал: «Множество судейских ошибок повлияли на результат многих матчей». Несмотря на подобные высказывания, ФИФА 23.06.02 приняла решение не рассматривать судейские ошибки, хотя и признала их наличие и влияние.
Итог подвела фраза комментатора во время трансляции по «РТР» финального матча: «Судьи трактуют по своему усмотрению».
После всего этого необходимость замены футбольных (для начала) судей на электронных арбитров стала очевидной. И сегодня, в эпоху внедрения 64-разрядных компьютеров, реальной - поскольку в спорте перечень возможных нарушений и спорных ситуаций уже поддаётся занесению в базы данных (БД) в качестве визуальных шаблонов для real-time систем распознавания жестов. Совпадение или нет, но практически тогда же - в июне 2002 г. - важный шаг в этом направлении сделала корпорации Intel: специалист её отдела маркетинга по EMEA Дэн Снайдер представил систему, изображенную на рис. 1. Видно, что система напоминает то, о чем когда-то много говорили: возможность смотреть спортивные состязания под разными ракурсами в интерактивном режиме. Говорили много, но когда система, показанная на рис. 1, была смонтирована на одном из стадионов, она не вызвала ажиотажного интереса ТВ-бизнесменов.
Тем не менее, перспективы у системы всё же есть благодаря революционным расширениям в виде аналитических блоков обработки происходящих на поле событий. Дэн представил систему в одном пакете с технологиями распознавания жестов (на рис. 2 - распознавание в целях управления игрой довольно резкими движениями типа метания молний или бросания гранаты - что близко к спортивным снарядам) - ключевыми в роботизации «человекоподобных» процессов.
Упомянутый пример с касанием мяча рукой на матче Германия-США - типичный визуальный шаблон часто встречающихся нарушений, которые можно занести в БД электронного арбитра. В памяти («БД») живого спортивного судьи нарушений хранится тоже немало, но он на них зачастую не реагирует (либо реагирует неадекватно) по субъективным мотивам, на которые влияют разные факторы.
Например, от судьи зависит назначение дополнительного времени. Или: у каждого игрока есть цена и у судьи есть возможность на неё повлиять, увеличив сумму нарушений. Власть судей основана на страхе перед ними уже потому, что они могут желтыми карточками выбить из финала лучших игроков. Судья своими «ошибками» влияет на околоспортивный бизнес: так, когда проигрывают фавориты, выигрывают букмекеры: примерная прибыль британских букмекеров за июнь 2002 г. на этом чемпионате - 300 млн. долл. Наконец, в результате действий судьи огромные опосредованные прибыли получают страховые компании благодаря бесчинствам т. н. «болельщиков»: погромы вроде случившегося на Манежной площади 9 июня - это, по сути, скрытая ТВ-реклама страховых случаев (вспомним, как жалобно выглядели на экране владельцы незастрахованных сожженных автомобилей). Не случайно, наверное, после 9 июня начальник столичной милиции В. Пронин, выступая в Мосгордуме, сказал, что беспорядки спровоцировал рекламный ролик, показанный на том же уличном экране, по которому транслировался матч Россия-Япония.
В силу перечисленных, а также многих других причин замена спортивных судей на роботов - это не только удар по спортивной мафии. Это означает, что и спорт закончится как нечестный бизнес.
«Ошибка немецкого арбитра Мерка в игре с хозяевами поля - японцами дорого обошлась российской команде» («Слово» № 23, 2002 г.). Если бы только команде! Но все «шалости» спортивным судьям (как и не спортивным) сходят с рук, поскольку при сложившихся порядках на них работает закон природы «Поезд уходит очень быстро», когда правду искать после матча бесполезно. И в итоге видеозаписи матчей так же бесполезны, как и разоблачительные репортажи знаменитых ТВ-журналистов. Выход один: фиксирующая видеокамера должна стать исполнительным элементом, устанавливающим «положение вне игры». Решение электронного арбитра, основанное на анализе известных прецедентов, будет высвечиваться на табло стадиона и полевой судья обязан будет его выполнять - иначе игра не начнётся.
Разумность прогресса в том, что всё происходит в своё время. В наше время (точнее, в июне 2002 г.) электронный судья был бы не нужен: живые судьи действительно влияли на исход матчей - но лишь второстепенных. Второстепенные команды могли (при том или ином капризе судьи) поменяться местами, но чемпионами по-любому не стали бы - объективно Бразилия была сильнее всех. Это ситуация, которую сформулировала тренер Татьяна Тарасова в ходе обсуждения скандала с необъективностью судей на олимпиаде в Солт-Лейк-Сити: «Чтобы нас не засуживали, надо побеждать с очень большим преимуществом». Действительно, невооруженным глазом было видно, что Бразилия, имеющая на вооружении такую супермашину, как Рональде, сильнее той же Испании, из-за претензий которой скандал всерьёз устраивать никому не надо: ведь главное на чемпионате - это место № 1 и ничего более.
Но это сегодня, пока еще есть сборные, чья суммарная энергетика обеспечивает им явный перевес. В недалёком же будущем энергетики команд усреднятся и тогда «судейские ошибки» станут опасны: начнётся стрельба вплоть до ядерной - к этому дело двинулось после Солт-Лейк-Сити, когда высокопоставленные должностные лица впали в истерику. И вот тогда, благодаря разработке Intel, в стадии готовности будут электронные арбитры, которые станут логическим развитием электронных новаций чемпионата RoboCup. Там в одной из лиг играют киберфутболисты, за игрой которых наблюдает видеокамера: изображение от неё обрабатывается компьютером, управляющим по радио каждым роботом-игроком - что априори подразумевает запрограммированность на «ненарушения» и, следовательно, наличие БД нарушений.
Таким образом, роль спортивных судей сведётся к роли диспетчеров, которыми они изначально и должны были быть, но раз не захотели, им останется лишь дублировать роботов. Это окончательно стало ясно 2 июля, когда в небе над Боденским озером столкнулись ТУ-154 и Боинг- 757, в результате чего погиб 71 человек, из них - 52 ребёнка. Причины катастрофы были рассмотрены в вышедшем за неделю до неё «ТКТ» № 6 в статье «Дежавю - «болезнь» машинного зрения». Этой недели соответствующим должностным лицам хватило бы, чтобы издать инструкцию для пилотов, где позволить им право выбора: слушать бортового робота (он дал правильный совет как покинуть опасный эшелон) или наземного диспетчера (он дал ошибочное указание). Российский пшют наверняка послушал бы робота (как и поступил американский пилот), поскольку вероятность «отказа» людей в роли должностных лиц намного выше. Основание для такой инструкции - успешный опыт роботизации нашей авиации: роботы доказали свою надёжность на таком же ТУ-154, еще в СССР ставшем первым в гражданской авиации лайнером, совершившим полностью автоматическую посадку (так же автоматически был посажен в своё время и советский космический челнок «Буран»).
Главное в этой истории то, что поскольку уголовное дело против авиадиспетчера было возбуждено по статье «Убийство по халатности», этот прецедент, скорее всего, ляжет в основу Международной конвенции, устанавливающий приоритет для рекомендаций, данных роботом, над приказами, отдаваемыми человеком. И, как подсказывает юридическая практика, действие такой Конвенции распространится на все сферы человеческой деятельности - включая спортивное судейство.
Рентгенотелевидение было представлено на выставке «Нефтегаз-2002» фирмой «Нева-Рентген». Термин «рентгенотелевидение» правомочен постольку, поскольку рентгенотелевизионные системы (РТС) преобразуют рентгеновские лучи в видимое изображение - что, в частности, делает возможным осуществление операций распознавания образов на основе библиотеки шаблонов машинного зрения. Изображение формируется на выходном окне рентгенооптического преобразователя. Установленная за выходным окном оптическая система с CCD-камерой высокого разрешения формируют стандартный видеосигнал, который поступает на высококонтрастный ч/б монитор. Изображение формируется в реальном времени. Предусмотренная в РТС возможность электронно-оптического увеличения позволяет с более высоким качеством просматривать исследуемый объект.
В частности, для просмотра движущихся объектов, где важна скорость контроля, применяется высокоскоростная камера прогрессивного сканирования 60 кадр/с. В ТВ-камерах чересстрочного сканирования, где сначала происходит считывание нечетных строк CCD-матрицы, а затем четных, за промежуток времени между двумя считываниями исследуемый объект успевает сдвинуться относительно камеры и нечетные строки оказываются сдвинуты относительно четных. Это приводит к падению разрешения и чувствительности, в результате чего не удаётся, например, отследить тонкие трещины. В принципе, если этого потребует скорость движения объекта, РТС могут быть оснащены камерами со скоростью 120 кадр/с. CCD-камеры в РТС могут иметь разрешение 1024 х 1024 и 10-бит выход (1024 градации серого), что обеспечивает достаточный контраст изображения. В качестве рентгенооптического преобразователя может быть использован плоский детектор на основе аморфного кремния.
Динамический диапазон РТС может быть доведён до 12 бит, что позволяет получать изображения с качеством, идентичным изображениям на рентгеновской плёнке. А одна из последних разработок - «Совамакс» - является полностью цифровой 16-бит системой, работающей с градационным разрешением до 65535 оттенков серого и с пространственным разрешением до 2048 х 2048 пикселей.
Наиболее яркой потребительской характеристикой РТС является «толщина просвечиваемого материала». В исследовательской лаборатории фирмы были получены следующие данные: для алюминия и лёгких сплавов - до 120 мм, для стали - до 85 мм.
Среди конструктивов для РТС отмечены механические манипуляторы - необходимые, в частности, для работы управляемой системы поворота камеры в плоскости, перпендикулярной изображению (чтобы оптимально расположить изображение относительно линий ТВ-растра для улучшения выявляемости тонких трещин, уменьшить эффект «тянучки» и увеличить полезную область изображения).
В этом смысле интересен представленный на этой же выставке фирмой Consistent Software модуль Dynamic Designer для динамического и кинематического анализа механизмов. Постпроцессор программы позволяет получить (в разных формах) исчерпывающую информацию о характере движения конструкции и силовых факторах, возникающих в её элементах: представление перемещений, скоростей и ускорений любой точки в виде векторов, двумерные графики для любого рассчитанного кинематического и силового фактора, анимация движения сборки и т. д. Предусмотрено использование 7 основных шарниров, а в качестве дополнительных связей могут выступать линейные и торсионные пружины. Дополнительно моделируется трение в шарнирах и между контактными элементами, поддерживаются линейные и торсионные демпферы, активные и активно-реактивные силы, ударное взаимодействие по схеме точка-точка и т. д. А. П.Барсуков, журнал "ТКТ", № 9, 2002 г.