成像光线追踪的舌面彩色三维成像方法研究

在中医舌诊的客观化研究中,舌面的彩色三维数据能为医生提供更全面的信息,提高诊断的准确性。提出了一种基于成像光线追踪的舌面彩色三维成像方法。在成像光线追踪模型的基础上,引入光平面约束,以准确确定成像点到空间测量点的映射,结合2个线结构光传感器的扫描测量,分别获取舌头上表面及下表面完整的三维信息,并根据空间测量点到成像点的映射,完成颜色渲染,获取对应测量空间点的颜色信息。设计并研制了舌面彩色三维成像系统,进行了测量及精度验证实验,实验结果表明该方法可以准确获取舌面的彩色三维信息。     

基于Kinect的拆卸工具运动轨迹识别方法

为了获取拆卸工具的运动轨迹,提出了基于Kinect的轨迹识别方法。首先采用Kinect传感器获取拆卸人员前臂及拆卸工具深度图像,通过图像细化获得拆卸工具顶端位置并提取轨迹特征,进而提出了一种基于欧式距离和随机抽样一致性的样本轨迹预处理方法,然后利用隐马尔科夫模型(HMM)训练轨迹样本并实现轨迹的识别。实验结果表明,该方法能有效地识别拆卸工具运动轨迹,并且对样本预处理后,能显著提高识别率。     

基于随机森林回归的手臂末端力的软测量方法

针对手臂康复训练后仍缺乏准确力觉的康复病人提出了一种手臂末端力的软测量方法。采用肌电信号(EMG)传感器与手臂姿态传感器获取的数据综合描述手臂的综合状态信息,并作为随机森林回归的输入,将手臂末端力作为随机森林回归的输出。依据康复训练的基本动作单元,针对性的设计了"推拉"和"提放"两组试验,在离线状态下,利用力传感器测量得到的实际末端力与手臂的综合状态信息作为样本集,并通过大量样本数据训练随机森林回归算子得到稳定可靠的回归算子,最后通过在线预测手臂末端力与真实末端力输出的比较,验证了该方法的有效性。     

基于多模型级联的双目视觉铸件缺陷检测方法

为了解决铸件表面缺陷检测以及缺陷位置的三维定位问题,采用双目视觉系统获得图像,依靠三角测量法获得点云数据,基于正态分布变换配准方法实现工件的三维定位。通过多模型级联解决少样本和样本比例失衡情况下的表面缺陷检测,结合无监督模型的编码解码方式,依靠正样本训练获得对缺陷图像进行修复的网络模型,将修复后的图像与原始图像进行差异分析获得缺陷位置;使用MASK-RCNN模型进行监督模型训练,获得一体化检测分割模型,直接定位缺陷位置及类别。此外还将运动机构的物理坐标系、双目成像的工件坐标系以及平面图像的坐标进行换算,得到多个坐标系的转换关系,实现了平面缺陷的位置信息映射到三维工件的空间中。实验表明提出的双目视觉系统在工件成像以及检测方面具有良好的效果。     

一种改进的未知环境无人机三维地图实时创建方法

提出一种针对RGB-D传感器获取未知环境三维地图的方法。该方法将RGB-D传感器获得的数据信息实时地转化为三维点云地图。在扫描环境之前,引入径向畸变和切向畸变模型,完成对RGB-D传感器彩色摄像头和深度摄像头的标定,获得摄像机参数; 同时,对RGB-D传感器红外模式和深度模式下的图进行偏差矫正,提高三维点云计算的精度。实时地图构建时,利用投影和反投影将获得的彩色图片和深度图片转换成局部三维地图; 在RGB-D传感器移动过程中,实时提取RGB图片上的特征进行位姿估计和关键帧处理,从而获得整个地图。实验表明,     

人体姿态估计及在康复训练情景交互中的应用

情景交互式康复训练和效果评估需求患者主要关节的三维空间位置,已有的人体姿态估计方法需要患者佩戴多种传感器或光学标志,可能影响运动和导致心理不适。同时,Kinect自带的骨骼绑定算法在人体被部分遮挡时可能无法识别或误识别。为此,提出一种基于OpenPose和Kinect的三维人体姿态估计方法,并创新应用到康复训练中。首先描述了将OpenPose算法得到的二维关节点坐标与Kinect获得的深度数据融合获得三维关节点坐标的方法;再通过霍特双参数指数平滑法对关节点运动轨迹进行平滑和预测;接着介绍了应用该方法研制基于ROS的渐进式康复训练情景交互的方法。实验表明只需一台Kinect就可捕捉人体关节点的三维坐标,使用方便、实时性好。训练获得的三维姿态数据可用于康复效果评估。     

一种三维CAD模型自动语义标注算法

针对三维CAD模型检索中的语义鸿沟问题,提出一种基于局部形状分布及语义概率统计的三维CAD模型自动语义标注算法.采用基于局部形状分布的多尺度特征提取方法获取CAD模型的形状信息,并计算不同模型之间的形状相似度;根据模型样本库中已知的语义分类信息,构建一个基于概率的标注框架对CAD模型进行语义标注,以建立模型形状信息和语义信息之间的联系.实验结果表明,该算法能够有效提高三维CAD模型检索的准确率,检索性能优于仅使用形状信息时的检索结果.     

基于多元回归的人体动态视觉定位方法

提出了一种低精度视觉设备布置环境下的单目视觉人体动态定位方法,通过构建的人体定位多元回归预测模型,建立人体从2D图像空间到3D位置空间的映射关系,无需对视觉相机进行内外参数标定。首先,采集人体的2D图像序列和3D坐标位置序列,构建时间同步的视觉人体定位样本集;其次,通过人体骨架检测算法提取样本集中2D图像的人体骨架信息,进而选取并构建适用于人体定位的关键特征;然后,训练基于多元回归的人体定位模型,采用基于L_1惩罚项的嵌入型特征选择方法和K-fold交叉验证方法,在模型训练过程中实现特征选择和超参数估计;最后,对获取的人体定位模型进行定位误差评估,实验结果表明模型的均方根定位误差为2.95 cm,验证了所提方法的可行性及有效性。     

多传感器信息融合的轴承故障迁移诊断方法

在重型装备低速、重载、强噪声环境下,采用单一传感器难以全面获取轴承的故障诊断信息,导致故障识别率低、识别不稳定,致使变工况下轴承故障迁移诊断失效。针对以上问题,提出了一种多传感器信息融合的轴承故障迁移诊断方法。首先,结合传感器的通道数,构建了堆叠卷积神经网络(MCNNs)提取各个通道的故障特征;然后,在MCNNs中引入最小绝对收缩与选择算子(Lasso),并通过网络反向传播完成了特征权值的更新,从而获得了多通道特征的融合;最后,利用源域数据对模型进行了训练,提取了故障特征,并完成了特征融合,采用损失函数完成了模型参数的优化,将源域训练得到的模型结果作为目标域的初始模型,利用目标域样本对初始模型的参数进行了微调,从而完成了模型迁移;并进行了信息融合效果、方法对比以及传感器信息采集属性的性能实验。研究结果表明：传感器的安装位置对信息融合影响较大,MCNNs+Lasso方法具有较好的特征融合效果,平均迁移诊断精度为99.03%,部分精度可达99.97%,在多个变工况的迁移任务中表现出较高迁移精度和良好的泛化性能。     

基于Dirichlet过程混合模型的指节偏移测度特征学习

针对人机协调装配光强相对稳定的室内环境,为获取指节图像特征,丰富手部位姿信息,提出基于无穷Dirichlet过程混合模型的指节识别方法。在局部Markov假设的基础上,将条件随机测度的学习问题转化为随机聚类学习问题;运用无穷Dirichlet过程混合模型描述概率密度,将聚类数量表述为随机态;利用Gibbs采样方法,对分层概率形式的密度结构进行迭代学习;给出了基于Dirichlet过程混合模型的坍塌Gibbs采样算法,运用样本集进行了模型训练学习。最后,采用固定阈值对手部图像指节进行识别,验证了所提方法的有效性。     

基于边界法线插值的两步法细分曲面造型

针对曲面造型中光滑边界曲线的插值要求（位置和法线），提出了两步法插值边界法线细分方法：首先按边界位置插值细分规则对控制网格进行一次迭代细分，分别计算其细分后的V点、E点、F点；然后调整边界点相邻顶点的位置来满足边界法线要求。该方法将插值边界法线先转化为邻城顶点的调整，后转变为单参数的求解问题，并通过实例验证了该方法能有效地控制细分曲面造型的边界形状。该方法对丰富细分曲面造型技术和推广其应用起到一定作用。     

Three-point-support method based on position determination of supports and wafers to eliminate gravity-induced deflection of wafers

The flatness measurement of large and thin wafers is affected greatly by gravity. Inverting method is often used to cancel the effect. However, it is required that the positions of the supports and wafers are perfectly symmetric about the inversion axis. In this study a three-point-support method based on position determination of supports and wafers was proposed. The supporting balls and the wafer were placed in arbitrary positions and their positions were obtained by measurement and fed into the FEM model which was developed to calculate the gravity-induced deflection (GID). The methods to acquire the positions of the supports and the wafer were proposed. The position measurement accuracy of the supports was improved greatly by circle fitting to the profile of the supporting ball. Wafer edge point was obtained accurately as the intersection point between the wafer surface line and the edge profile. The method to measure the wafer thickness using only one displacement sensor on the same equipment was presented. The simulation results were verified by experimental results. The centering device for the wafer and the positioning accuracy requirements of the supports are not needed any more. The effect of the positions of the supports and the wafer was reduced to be less than 1 μm for a 300 mm diameter and 397 μm thickness wafer with GID over 140 μm. This method could also be used for accurate flatness measurement of other large and thin panels.     

导叶与隔舌相对位置对离心泵内外特性的影响

为研究导叶相对隔舌不同位置对离心泵性能的影响,采用CFD计算方法对离心泵导叶与隔舌不同夹角进行数值计算。对导叶与隔舌夹角α从0⁴0°变化下离心泵外特性和内流场进行分析,结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大,扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势,20°附近达到扬程和效率的最大值;而在α增加的过程中,蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同,叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化;在隔舌附近,α为040°变化下离心泵外特性和内流场进行分析,结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大,扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势,20°附近达到扬程和效率的最大值;而在α增加的过程中,蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同,叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化;在隔舌附近,α为0⁴0°,导叶背面低速区减小并逐渐消失,而隔舌与导叶间低速区的变化规律与之相反。     

智能型太阳自动跟踪系统的PLC设计

介绍了一种新型的极轴式智能型太阳自动跟踪系统。该系统是基于三菱Q型PLC构建平台,选取极轴式跟踪方式,同时采用以时钟跟踪为主调、传感器跟踪为辅调的混合调节策略,使用视日轨迹跟踪的方法自动计算出不同地点和时间太阳的高度角和方位角,通过PLC控制步进电机作为执行机构,同时采用聚光技术,从而提高了跟踪精度,实现了全天候、全自动跟踪。     

传感器数据证实技术应用研究

传感器技术是现代测试和控制技术的灵魂 ,传感器输出信号的质量关系到整个系统性能的好坏程度。传感器数据证实技术是测控领域中的关键技术之一 ,文中提出了基于神经网络预测器的传感器数据证实技术。首先利用神经网络对传感器输出的时间序列建立预测模型 ,然后利用该模型预测出传感器输出值 ,并用该值与传感器实际输出值之差判断传感器实际输出的可靠性和有效性 ,进而减小不同环境噪声对传感器输出数据的影响。同时 ,为了实现在线应用 ,采用了遗传算法对神经网络的优化技术。实践表明 :文中提出的基于神经网络的传感器数据证实技术对缓变信号和快变信号都有很好的效果     

Technique for designing and evaluating probe caps used in optical topography of infants using a real head model based on three dimensional magnetic resonance images

We have developed an effective technique for aiding the design and evaluating the performance of the probe caps used to perform optical topography (OT) on infants. To design and evaluate a probe cap, it is necessary to determine the measurement positions for conducting OT on the brain surface of subjects. One technique for determining these positions on the brain surface is to find their three-dimensional (3D) coordinates using a 3D magnetic space digitizer, which consists of a 3D magnetic source and a 3D magnetic sensor. The problem with this technique is that it takes a long time to determine all the measurement points on the subject's head and it is difficult to use with infants. It is a particular problem with infants who cannot support their own heads. Therefore, we have developed a real model of an infant subject's head based on 3D magnetic resonance (MR) images. The model is made from an optical-curable resin using 3D computer-aided-format coordinate data taken from 3D MR image-format coordinate data. We have determined the measurement positions on the surface of the model corresponding to a scalp using a 3D magnetic space digitizer and displayed the positions on a 3D MR image of the infant's brain. Using this technique, we then determined the actual 72 measurement positions located over the entire brain surface area for use with our new whole-head probe cap for neonates and infants. This method is useful for evaluating the performance of and designing probe caps.     

固定式三向铣削测力仪的研究

由于铣刀在铣削过程中切削位置不同,固定型铣削测力仪将产生输出误差。为降低铣削位置变化对传感器输出的影响,研制了一种四竖直敏感梁结构的应变型固定式三维铣削测力仪。研究表明,当铣削位置范围限定时,该测力仪可以将输出信号误差维持在可用范围,并分别进行了静态力测量和动态铣削实验。在静态力测量实验中,在70mm×70mm×15mm工件上,传感器解耦偏差不大于5.58%;在动态切削实验中,使用相同加工参数在不同位置处铣削,传感器测得的铣削力峰峰值最大相差3.73%。对该铣削测力仪的研究为解决竖直方向高刚度的应变型固定式铣削力传感器的解耦问题提供了新的思路和参考。     

装载机工作装置钢结构强度计算方法研究

多年来，对装载机工作装置钢结构载荷和强度的计算一直采用典型工况方法，研究结果表明，这种方法不能真正和全面反映结构在多种复杂工况下的最大应力状况。文中提出作业仿真的方法，在对不同作业方式和载荷形式进行仿真过程中，对工作装置钢结构多个指定部位采用常规力学方法进行应力普查分析，然后将分析结果作为评判依据，从中选出对钢结构强度影响最大的工况和载荷，作为下一步有限元分析的工况和载荷。结果表明，使用作业仿真进行普查分析的方法比传统的典型工况方法更具全面性。     

可见光通信与双目视觉的室内定位

提出一种基于可见光通信与双目视觉测量的高精度室内定位方法,旨在为室内移动机器人提供一种精度高、成本低、不易受干扰的室内定位方案。该方法利用双目视觉传感器对LED光源进行成像测量,利用惯性测量单元传感器记录成像测量的三维姿态角,并通过可见光通信技术获取LED光源的坐标信息,最终计算双目视觉传感器相对于LED光源的三维坐标。根据该方法研制了一款基于可见光通信与成像的定位模块,该模块可以利用单个或两个LED光源进行成像定位。当定位模块采用1280×720分辨率的图像时,在2 m×2 m×3 m室内环境中可实现厘米级移动定位,定位频率大于5 Hz;当利用两个相距60 cm的LED光源进行定位时,在三维方向上的定位误差均小于5 cm,同时能够提供小于1.4°的定向纠正。该方法可以为室内移动机器人提供厘米级定位导航服务。     

三向力传感器输出的数字补偿

】提出一种将待测三向分力交叉干扰与力点位置影响相结合的三向力传感器输出信号模型,同时推荐简便的标定程序。由于同时考虑了传感器的诸转换系数和力作用点位置信息,所提出的补偿方法,能显著提高测量数据的精度。