基于信息融合技术的四旋翼飞行器稳定性设计

针对四旋翼飞行器的惯性传感器漂移、GPS精度差及使用环境受到限制等因素导致的难以稳定悬停的问题,提出了利用改进信息融合处理算法,加装光流传感器和超声波传感器,使四旋翼飞行器对自身的姿态位置及运动状态能更准确的估计,从而实现稳定的调整,通过仿真及实际测试表明：改进后得到的飞行器的姿态及位置估算更为接近理想值,同时飞行器的平稳性得到很好的改善。     

基于超扭曲算法的鲁棒自适应四旋翼控制器

针对四旋翼在存在外部未知干扰及具有模型不确定性情况下的姿态控制问题,设计一种基于超扭曲算法的鲁棒自适应四旋翼控制器.该设计方法将超扭曲算法与鲁棒自适应控制结合,使用超扭曲算法抑制系统抖振现象,鲁棒自适应算法能有效补偿系统模型的不确定性,增强系统的抗干扰性能;构造Lyapunov函数,证明四旋翼飞行器闭环系统的稳定性.对所设计的控制器进行仿真,搭建四旋翼飞行器平台进行飞行实验,以验证设计的控制器.仿真结果表明,基于超扭曲算法控制的四旋翼系统具有较快的收敛速度和较强的鲁棒性,飞行实验验证了所提控制策略的可行性,可实现四旋翼的稳定控制.     

结合Gaussian分布和LK光流法的视频对象分割算法

为了提高视频对象分割的性能,在传统光流法的基础上,提出了一种改进算法.该算法首先对序列图像中的帧进行预处理,平滑序列图像;然后用Gaussian金字塔降低图像的分辨率,使运动对象的速度降低;再使用结合Gaussian分布的LK光流法进行分割,得到运动对象;最后使用帧相"与"运算做进一步的分割.实验结果表明:该算法减少了运算时间,能更精确地分割出运动对象,取得较好的效果.     

四旋翼飞行器建模与PID控制器设计

为了实现对四旋翼飞行器的稳定飞行控制,对四旋翼飞行器建立了动力学数学模型,并采用准LPV法将非线性模型线性化,在建立的动力学模型基础上,对飞行器垂直速率、俯仰速率、横滚速率、偏航速率四个独立通道上分别设计了PID控制器.并通过Matlab/Simulink软件进行控制系统仿真,并对仿真结果进行分析,仿真结果验证了PID算法的有效性.     

四旋翼飞行器悬停算法设计与实现

针对四旋翼飞行器悬停困难的问题,从外力平衡与外力矩平衡两点出发,根据牛顿-欧拉方程对悬停状态下的飞行器建立动力模型,利用PID控制理论进行回路控制,设计了四旋翼飞行器的悬停算法。现场飞行测试结果为飞行器在水平范围±2 m、垂直范围±1 m的空间范围内漂移,实现了飞行器的悬停功能。     

基于KLT特征点的LK光流金字塔FPGA实现

提出了一种基于KLT特征点的LK光流金字塔的FPGA实现方法,用于解决目标检测与跟踪系统中图像匹配实时性差、鲁棒性低及资源开销大等问题。在FPGA端,首先利用优化的KLT算法提取图像的特征信息;再结合图像金字塔,通过优化的LK光流金字塔算法估计特征点的总光流;最终将FPGA处理结果与MATLAB仿真进行对比分析。实验结果表明,该优化的方法在硬件实现中是合理有效的,不仅降低了算法实现的难度及资源开销,同时可满足图像匹配精度及实时性的要求。     

基于帧间差分和金字塔LK光流法的运动目标检测

针对用于运动目标检测的光流算法存在处理复杂、计算量大等问题,提出一种帧间差分算法和金字塔LK光流法相结合的运动目标检测方案.该方法先对视频图像进行帧间差分处理,得到图像的运动区域,再对该运动区域进行金字塔LK光流计算,减少了计算区域,提高目标检测的速度.最后在搭建的视觉避障平台上使用LabVIEW语言进行算法程序验证,实验结果证明了算法的有效性.     

基于LK和FAST的时间序列图像快速配准算法

LK光流算法是一种精确高效的特征跟踪算法,能够较大幅度提高图像配准的精度和速度。针对时间序列图像的配准问题,基于LK光流算法,通过基于图像金字塔的方式跟踪改进后的FAST特征角点,采用一种鲁棒的单应矩阵估计算法解算配准参数,提出了一种基于LK光流和改进FAST特征的实时鲁棒配准算法。通过一组时间序列图像从配准精度和配准速度两个方面对所提出算法的性能进行了验证分析,平均重投影误差为0.16,平均处理速度为30 Hz。实验结果表明,该算法能够提取稳定的FAST角点,快速准确地跟踪匹配序列图像之间的特征,较好地解决时间序列图像的实时配准问题。     

四旋翼飞行器逃逸算法的实现

提出了四旋翼飞行器的逃逸行为算法。逃逸行为算法可以降低无人直升机与动态障碍物碰撞的可能性。通过在算法中实现群粒子的相对定位给出了四转子的移动和约束模型。为四转子的实际模型设计了控制器,该控制器根据规定的轨迹计算出每个螺旋桨转子的速度。通过仿真和对真实的派诺特AR．Drone飞行器的测试验证了该算法的功能。     

量化因子自整定的四旋翼飞行器模糊PID控制

针对四旋翼飞行器的非线性飞行控制模型,提出了一种新改进的量化因子自整定二维直接控制量型模糊PID控制器。通过分析量化因子与模糊控制器输入输出的模糊逻辑关系,对量化因子分别设计模糊整定器并确定了相应的模糊输入量以及模糊规则表,然后利用自整定算法实现量化因子在线实时调整。通过对四旋翼飞行器进行动力学建模以及控制通道分析,进行了姿态飞行控制仿真实验。与传统PID型模糊控制器相比,本文设计的控制器在动态响应速度及抗外界干扰性能方面效果更优。     

基于LK光流的模板匹配算法的研究与改进

针对半导体设备中机器视觉的识别定位问题,介绍了传统的LK光流的模板匹配算法,在此基础上提出了附加运动方向光滑约束条件的LK光流的模板匹配算法。该算法采用运动方向光滑约束条件作为正则化项,较好的保持了运动的边界。通过实验分析,采用该算法对芯片进行识别定位,具有精度高,计算速度快的特点。     

基于光流算法的医学柔式内窥镜系统

手动操纵的柔式内窥镜在介入内腔管道时,要求医生必须有熟练的操作技巧和技术。针对手动操纵柔式内窥镜所带来的弊端,设计了一种基于LK光流算法的机器人柔式内窥镜系统。利用内窥镜图像控制内窥镜指向内腔管道的中心线,从而可提高内窥镜的智能化、简化对操作医师技术的依赖、减少医疗事故的发生。以常规胃镜检查为例,对常用的图像灰度算法进行了分析比较,实验结果表明,基于LK光流算法得到的内腔管道中心路径更为精确。     

基于融合改进RANSAC光流法的无人机视觉SLAM研究

针对同时定位与建图(SLAM)中存在定位精度不足、匹配特征点误差累积和特征匹配时间较长,提出了一种融合改进RANSAC光流法的优化算法。该方法基于传统RANSAC算法,加入最小二乘法对模型进行迭代优化来估计最优模型,对光流法的误匹配点进行剔除,大量减少图像误匹配特征点;把融合改进后的RANSAC光流法与特征点通过卡尔曼滤波进行融合,最后使用改进后的算法在公开的EuRoC MAV数据集中进行SLAM定位精度实验。实验结果表明：该改进算法能够有效减小光流法特征匹配的误差,从而提高无人机视觉SLAM的定位精度。     

基于LK光流和网格运动统计的图像匹配改进算法

针对AKAZE算法在玻璃封装电连接器图像匹配中准确率低及耗时长的问题,文中提出了基于LK光流和网格运动统计的图像匹配改进算法。首先采用AKAZE算法提取玻璃封装电连接器特征点,运用M-LDB描述子进行特征描述。然后利用LK光流法计算匹配区域进行条件约束,从而得到匹配点,并通过FLANN算法进行特征匹配。最后将玻璃封装电连接器图像划分为多个网格,计算FLANN匹配好的特征点邻域的正确匹配个数和阈值并剔除误匹配点。文中实验采用公开数据集和玻璃封装电连接器数据,从实时性和准确性两方面对算法性能进行验证分析。结果表明,改进的算法在处理模糊、亮度及旋转变化的玻璃封装电连接器图像对时,其匹配准确率均达到93%以上,耗时为0.4 s内,证明了算法的有效性。     

一种基于OpenCL的Lukas-Kanade光流并行加速算法

LK(Lukas-Kanade)光流法在运动目标检测和跟踪领域具有广泛应用,但其计算复杂、速度慢,难以适应异构硬件平台。为实现LK光流法在不同平台上的高效运行,设计了一种基于开放式计算语言（OpenCL）的LK光流法并行算法。该算法通过将二维图像上像素点上的稠密计算映射到多线程上实现数据并行,并基于OpenCL平台的共享内存等优化方法减小了主机内存与设备内存数据传输。实验测试表明,该算法相比于多核CPU下的基础OpenCV函数库中的LK算法获得了最高31倍的加速比,同时在速度上与统一计算设备体系结构（CUDA）加速的LK光流法相近。此外,还在多种不同设备下验证了加速算法的平台通用性。     

四旋翼无人机的轨迹规划跟踪控制研究

针对四旋翼无人机的实际应用需求，开展轨迹跟踪控制研究。提出了一种基于快速扩展随机树（RRT）算法的Dubins航迹规划方法，同时搭建了四旋翼模型，并设计了轨迹跟踪控制方案对所提出的规划路径进行了轨迹跟踪仿真。该RRT-Dubins算法采用RRT算法对有障碍区域的无人机路径进行有效规划，然后利用Dubins路径对规划出的轨迹进行平滑处理，以形成一条无人机可飞行路径。仿真实验表明，采用所提出的轨迹规划方法及路径可以较好地规避障碍区域，且轨迹平滑更适合无人机飞行，同时验证了所提轨迹跟踪控制方案的有效性。     

于Ohta颜色空间的火焰检测

为了提高火焰检测算法的准确率和满足实时性的要求,在分析火焰颜色特征的基础上,提出一种基于Ohta颜色空间并利用最大熵阈值分割法改进的火焰颜色特征模型.该模型可有效提取疑似火焰区域,然后通过光流法分析火焰运动方向特征,进一步判断是否有火灾的发生.实验结果表明,该算法具有较好的实时性,能够有效地提高火灾识别的准确率,降低误检率,在日常消防系统中具有重要的应用价值.