Кіріспе

Көз алдындағы көріністегі қозғалыстың үлгісі, байқаушының салыстырмалы қозғалысынан туындайды. Оптикалық ағын – байқаушы мен көрініс арасындағы салыстырмалы қозғалыс нәтижесінде туындайтын объектілердің, беттердің және шеттердің көрінетін қозғалысының үлгісі. Оптикалық ағын – бейнедегі жарықтық үлгілердің көрінетін жылдамдықтарының таралуы ретінде де анықталуы мүмкін. Оптикалық ағын тұжырымын 1940 жылдары американдық психолог Джеймс Дж. Гибсон әлемде қозғалатын жануарларға берілетін көру стимулын сипаттау үшін енгізді. Гибсон оптикалық ағынның әрекет ету мүмкіндігін анықтау үшін, яғни қоршаған ортадағы әрекеттерге қатысты мүмкіндіктерді сезіну үшін маңызды екенін атап көрсетті. Гибсонның ізбасарлары және психологияға экологиялық көзқарас ұстанатындар оптикалық ағын стимулының байқаушының қозғалысты қабылдауындағы, әлемдегі нысандардың пішінін, қашықтығын және қозғалысын қабылдаудағы, сондай-ақ қозғалысты басқарудағы рөлін одан әрі көрсетті. Робототехникада оптикалық ағын термині бейне өңдеу және навигацияны басқару салаларындағы, қозғалысты анықтау, объектілерді бөліп көрсету, байланыс уақытын анықтау, кеңею ошағын есептеу, жарықтандыру, қозғалысқа түзетумен кодтау және стерео дисперсияны өлшеу сияқты техникаларды қамтиды.

Қолданылуы

Қозғалыс бағалау және бейне қысылу оптикалық ағын зерттеуінің маңызды аспектісі ретінде дамыды. Оптикалық ағын өрісі қозғалыс бағалау техникаларынан алынған тығыз қозғалыс өрісіне сырттай ұқсас болғанымен, оптикалық ағын тек өзінің оптикалық ағын өрісін анықтауды ғана емес, сонымен қатар оны үш өлшемді нысандардың сипаты мен құрылымын бағалауда пайдалануды зерттейді, сондай-ақ нысандардың және бақылаушының сахнаға қатысты 3D қозғалысын, олардың көпшілігі бейнелік Якобианды қолданады. Робототехника зерттеушілері оптикалық ағынды көптеген салаларда қолданды, мысалы: нысандарды анықтау және қадағалау, суреттегі басым жазықтықты бөліп алу, қозғалысты анықтау, роботтарды бағыттау және визуалды одометрия. Оптикалық ағынды қолдану бақылаушының және сахнадағы нысандардың қозғалысын ғана емес, сонымен қатар нысандардың құрылымын және қоршаған ортаны анықтау мәселесін де қамтиды. Қозғалыс туралы хабардар болу және қоршаған ортаның құрылымының санадағы картасын жасау жануарлар (және адам) көруінің маңызды бөліктері болғандықтан, осы туа біткен қабілетті компьютерлік мүмкіндікке айналдыру машиналық көру саласында да өте маңызды. Мысалы, бес кадрлық видеода шар көріс өрісінің төменгі сол жағынан жоғарғы оң жағына қарай қозғалатынын қарастырайық. Қозғалыс бағалау техникалары шардың екі өлшемді жазықтықта жоғары және оңға қарай қозғалатынын анықтайды, ал осы қозғалысты сипаттайтын векторларды кадрлар тізбесінен алуға болады. Бейнені қысу мақсатында (мысалы, MPEG), тізбек қазіргі қажетті деңгейде сипатталған. Дегенмен, машиналық көру саласында шар оңға қарай қозғалып жатыр ма, әлде бақылаушы солға қарай қозғалып жатыр ма деген сұрақ әлі белгісіз, бірақ маңызды ақпарат. Тіпті бес кадрда тұрақты, белгілі бір үлгісі бар фон болған жағдайда да, шар оңға қарай қозғалып жатқанын сенімді түрде айта алмаймыз, себебі үлгі бақылаушыға шексіз қашықтықта болуы мүмкін.

Оптикалық ағындылық сенсор

Оптикалық ағынды сенсорларының әртүрлі конфигурациялары бар. Бір конфигурация – оптикалық ағын алгоритмін іске қосуға бағдарламаланған процессорға қосылған бейне сенсорлық чип. Тағы бір конфигурацияда визуалды чип пайдаланылады, ол бейне сенсоры мен процессорды бір кристалға біріктіретін интегралдық схема болып табылады, бұл ықшам жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Мысалы, оптикалық тышқанда қолданылатын стандартты оптикалық тышқан сенсоры осыған жатады. Кейбір жағдайларда, өңдеу тізбегі аналогтық немесе аралас сигнал тізбектерін пайдаланып, минималды ток тұтыну арқылы жылдам оптикалық ағынды есептеуді қамтамасыз ету үшін іске асырылуы мүмкін. Қазіргі зерттеулердің бірі – оптикалық ағынға жауап беретін тізбектерді жүзеге асыру үшін нейроморфтық инженериялық тәсілдерді қолдану, осылайша оларды оптикалық ағынды сенсорларда қолдануға болады. Мұндай тізбектер биологиялық нейрондық тізбектерден шабыт алады, олар да оптикалық ағынға ұқсас жауап береді. Оптикалық ағынды сенсорлары компьютерлік оптикалық тышқандарда кеңінен қолданылады, тышқанның беттегі қозғалысын өлшеу үшін негізгі сезімтал компонент ретінде қызмет етеді. Оптикалық ағынды сенсорлары робототехникада да қолданылады, әсіресе робот пен оның айналасындағы басқа да объектілер арасындағы визуалды немесе салыстырмалы қозғалысты өлшеу қажет болған жағдайларда. Ұшқышсыз ұшу аппараттарында (UAV) тұрақтандыру және кедергілерден сақтану үшін оптикалық ағынды сенсорларын қолдану да қазіргі зерттеулердің маңызды бағыты болып табылады.