N帧连续景象匹配一致性决策算法

下视景象匹配是各类巡航飞行器实现精确导航的重要手段,它是通过事先装载在飞行器的地面基准图像与实时获取的地面景象图进行相关匹配,完成飞行器的飞行误差修正和精确定位,由于基准图和实时图在获取手段、时间上等方面的差异,在相关匹配中,配准点往往落在相关阵的次峰上,导致匹配失败,该文提出了多帧连续景象匹配,利用单次匹配后形成的相关阵中的主次峰信息与导航信息进行一致性决策的图论算法,由于引入了相关阵中的次峰信息,并结合惯导位移进行一致性判断,使得匹配算法能有效剔除误匹配点,从而提高了算法的匹配概率和鲁棒性。     

景像匹配辅助导航系统中的图像匹配算法研究

图像匹配算法是景像匹配辅助导航系统的核心，而且其性能决定了系统的总体性能，为了提高景像匹配辅助导航系统导航的实时性和精度，就必须选用合适的图像匹配算法，为此，给出了一种快速有效的基于图像特征的图像匹配算法，该算法选用部分Hausdorff距离作为图像匹配时的相似性度量，并利用图像特征提取后的二值化图像进行图像匹配，同时在联合了3种图像匹配加速技术的基础上，将邻域技术引入到图像匹配搜索终止条件中，从而大大提高了图像匹配效率。仿真结果表明，该算法可以保证图像匹配的鲁棒性和有效性，同时，能有效克服图像噪声和几何畸变的影响。该算法实施景像匹配能够在5s以内完成，并与GPS输出周期(1s)相当，可以满足景像匹配辅助导航系统匹配导航的准确性和实时性的性能要求。     

四轴飞行器视觉导航系统设计

采用基于计算机视觉的视觉导航技术,设计了一种符合四轴飞行器定点降落的视觉导航系统。在地面铺设着陆平台,利用机载摄像头采集周围环境图像,并进行特征点提取,确定四轴飞行器位置,通过无线通信的方式发送控制指令,实现对四轴飞行器的飞行过程导航控制。     

交会对接视觉相对导航系统半物理仿真

飞行器自主交会对接最终逼近段,通过视觉导航系统可以精确测量两飞行器在对接过程中的相对位置和姿态。根据飞行动力学建立相对导航观测模型和状态模型;设计基于微型可见光对接敏感器的相对导航算法;应用扩展卡尔曼滤波器(EKF),并采用simulink软件模块建立相对导航算法的模型;采用实验室的光电组合测量与相对导航系统成功的进行了地面半物理仿真。实验结果表明,导航半实物系统能够为两个交会对接航天器提供足够精度的相对运动状态信息。     

室内移动机器人新型视觉导航系统设计

视觉导航作为一种重要的机器人导航方式正日益受到人们的关注,为了解决目前采用视觉导航存在的算法设计复杂、导航性能差等问题,提出一种新的室内移动机器人视觉导航系统设计方案。首先阐述了该导航新方法的设计思想,然后介绍了采用该方法的导航系统的整体结构设计。利用放置在室内固定位置的摄像机采集室内环境的视频图像,设计了实时图像分析算法实现障碍物躲避、机器人位置跟踪等功能,为机器人的行走提供导航依据,同时通过无线通信的方式发送控制指令,实现对室内移动机器人的行走过程导航控制。     

基于CenSurE特征的SAR/INS组合导航景象匹配算法

在SAR／INS组合导航系统中,所获取的SAR图像可能存在严重的斑点噪声和几何变形,对此,提出一种基于CenSurE特征的SAR／INS组合导航用景象匹配算法．该算法针对惯性组合导航的工作特点进行设计．首先提取CenSurE特征和垂直的SURF描述符,利用夹角余弦相似度量方法进行特征匹配;然后,采用分组一致采样算法和最小二乘精确匹配算法获取高精度的航向和位置偏差信息．景象匹配性能评价实验表明。在匹配适应性、匹配速度、精度和鲁棒性等方面,CenSurE特征都很优越,可以满足SAR／INS景象匹配导航系统匹配修正的高性能要求．     

北斗/GPS无人飞行器动态导航中改进自适应算法

北斗与GPS或其他类型导航设备可构成组合导航系统,为无人飞行器提供高精度、高可靠导航信息。在处理动态导航数据采用"当前"统计模型(CS模型)并利用标准Kalman滤波方法时,系统动态噪声和观测噪声未知且时变,而且加速度上下限值不能自适应于未知运动规律的无人飞行器当前加速度,导致导航精度降低。为此,提出一种适应于飞行器运动状态的改进自适应算法,并应用于北斗/GPS动态导航系统中。实验仿真验证了该算法能有效提高组合导航系统的精度和可靠性,并能更好地自适应于无人飞行器的机动特性。     

基于图像匹配的飞行器导航定位算法及仿真

在飞行器导航定位优化控制的研究中,针对无法获得GPS信号时,长航时飞行器捷联惯导系统存在误差,提出了关于图像地标的飞行器精确定位算法,为实现成像系统对捷联惯导系统的误差校正奠定了基础。利用特定地标在机载摄像机像平面上的图像信息,通过图像变换、匹配定位、坐标变换,解算摄像机空间三维坐标和三个姿态角。再根据摄像机坐标系与机体坐标系的变换关系,推算飞行器精确位置。通过计算机仿真对算法进行了验证,结果表明,提出的算法能够满足GPS不可用时长航的飞行器组合导航精度要求,研究结果对长航时飞行器导航具有一定借鉴和参考价值。     

景象匹配算法在多DSP系统中的并行实现

灰度互相关匹配是一种有效的景象匹配算法,其具有适应性强和匹配精度高的特点。但互相关匹配的计算量很大,在实时性要求很高的精确末制导中,匹配速度往往很难满足要求。基于空间并行方法实现了互相关匹配算法的并行处理,通过不同数量处理器的并行处理实验,结果表明:空间并行方法具有很高的加速比和并行效率,是一种适合互相关匹配算法的有效的并行处理方法。当图像尺寸增大计算量增加时,可以采取增加处理器提高系统处理能力的办法使算法依然满足实时性要求。     

基于单目视频路径移动机器人导航方法研究

以单目视觉中双视图定位为基础,提出了一种基于单目视频路径的导航方法.算法基于单目摄像机提取一组有序的关键图像,以代表视频路径,使用Harris角点算法提取图像特征点,利用零均值归一化互相关算法进行图像匹配,根据单目摄像机双视图匹配点之间的约束关系求出基础矩阵并优化,得到位姿参数,完成了移动机器人定位,使其在视频路径的指导下实现自主导航.验证表明:方法在室外环境中具有较好的实用性.     

基于雷达–扫描器/惯性导航系统的微小型无人机室内组合导航

本文提出一种基于雷达–扫描器/惯性导航系统(radar-scanner/INS)的微小型无人机室内导航方法.为提高算法的实时性,采用基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的DC同步定位与构图技术(SLAM)实现定位和构图;在更新状态值的扫描匹配过程中提出启发性逻辑来筛选激光雷达数据,以提高算法对无人机因姿态和高度变化而引起的轮廓地图波动的抗干扰性;在特征匹配的过程中选取合理的地图轮廓特征,并利用扫描匹配的结果和特征匹配的传递性提出了精度较高的引导配对,以提高特征配对在三维环境下的准确性;最后,将DC SLAM与惯性导航系统进行基于EKF的组合滤波,给出无人机的全状态估计.通过与GPS/INS组合导航对比以及室内飞行验证,本文提出的方法能够满足无人机飞行控制对导航实时性和精度的要求.     

基于简化Mumford-Shah模型的导航基准图适配区分割方法

基于景象匹配的飞行器导航数字基准地图中需要划分匹配稳定的区域,以提高导航系 统航迹的可靠性.该文首先讨论了描述基准图局部区域匹配稳定性的局部匹配稳健度量指标, 据此定义了适配区的概念.常规的基于相关函数局部匹配稳健度量需要大量的计算时间,难以 实用化.为此,文中采用了三种可快速计算的匹配稳健度量指标:相关主峰曲率、可跟踪度及特 征密度,以及相应的快速算法.同时,引入了一种基于简化Mumford-Shah模型的水平集算法进 行适配区划分,通过演化由模型推导出的偏微分方程,就能得到适配区和非适配区的最优划分. 最后对实际的导航基准图的适配区划分试验表明,该文的适配区分割方法不仅计算速度优于基 于相关函数的方法,而且可以获得合理的适配区分布.     

视觉导航相关技术发展及其研究分析

为了全面了解航空器应用背景下的视觉导航相关技术的研究与进展,深入分析了视觉导航关键技术。分别对与传感器图像相关的载体姿态提取技术、基于图像匹配算法的定位技术以及基于序列图像的速度测量技术这三种技术进行了全面阐述,重点论述了姿态与参考特征的关系、景像匹配定位的核心算法及速度测量的两类方法,并总结了视觉导航发展过程中的相关难点与发展趋势。     

Integrated position estimation using aerial image sequences

Presents an integrated system for navigation parameter estimation using sequential aerial images, where the navigation parameters represent the positional and velocity information of an aircraft for autonomous navigation. The proposed integrated system is composed of two parts: relative position estimation and absolute position estimation. Relative position estimation recursively computes the current position of an aircraft by accumulating relative displacement estimates extracted from two successive aerial images. Simple accumulation of parameter values reduces the reliability of the extracted parameter estimates as an aircraft goes on navigating, resulting in a large positional error. Therefore, absolute position estimation is required to compensate for the positional error generated by the relative position estimation. Absolute position estimation algorithms using image matching and digital elevation model (DEM) matching are presented. In the image matching, a robust-oriented Hausdorff measure (ROHM) is employed, whereas in the DEM matching, an algorithm using multiple image pairs is used. Experiments with four real aerial image sequences show the effectiveness of the proposed integrated position estimation algorithm     

井下地磁定位的匹配算法分析和优

针对井下自主导航系统的地磁匹配问题,对比分析了COR、NCOR、MAD、MSD匹配算法的优缺点及其适用范围。在井下巷道研究区地磁数据适配性评价基础上,开展了COR、NCOR、MAD、MSD算法的匹配仿真实验和算法优化,研究井下地磁定位匹配算法优劣和抗噪性能,为井下地磁定位导航提供研究基础。结果表明：四种方法在地磁匹配试验中均出现不同程度虚定位,从抗噪性能、匹配精度和速度综合对比,MSD算法最符合井下地磁匹配需要;对相邻点位的磁总场做差运算后再进行MSD匹配,可以有效减小时域磁扰动以及环境磁扰动对匹配精度的影响,鲁棒性明显提高。     

根据灰度值信息自适应窗口的半全局匹配

目的 立体匹配算法是立体视觉研究的关键点,算法的匹配精度和速度直接影响3维重建的效果。对于传统立体匹配算法来说,弱纹理区域、视差深度不连续区域和被遮挡区域的匹配精度依旧不理想,为此选择具有全局匹配算法和局部匹配算法部分优点、性能介于两种算法之间、且鲁棒性强的半全局立体匹配算法作为研究内容,提出自适应窗口与半全局立体匹配算法相结合的改进方向。方法 以通过AD（absolute difference）算法求匹配代价的半全局立体匹配算法为基础,首先改变算法匹配代价的计算方式,研究窗口大小对算法性能的影响,然后加入自适应窗口算法,研究自适应窗口对算法性能的影响,最后对改进算法进行算法性能评价与比较。结果 实验结果表明,匹配窗口的选择能够影响匹配算法性能、提高算法的适用范围,自适应窗口的加入能够提高算法匹配精度特别是深度不连续区域的匹配精度,并有效降低算法运行时间,对Cones测试图像集,改进的算法较改进前误匹配率在3个测试区域平均减少2.29%;对于所有测试图像集,算法运行时间较加入自适应窗口前平均减少28.5%。结论 加入自适应窗口的半全局立体匹配算法具有更优的算法性能,能够根据应用场景调节算法匹配精度和匹配速度。     

基于立体视觉的移动机器人导航算法

移动机器人立体视觉系统不仅提供三维地形图用于障碍规避和路径规划,其结果还可以用于视觉导航。以移动机器人立体视觉系统为基础,研究了基于前后两个位置上立体图对的视觉测量算法用于移动机器人的连续导航,讨论了影响导航精度的因素和改进方法;研究了基于局部和全局三维地形图的地形匹配算法用于定期校正位置误差,算法实现简便,定位精度取决于地形图精度。实验结果证明了两种方法的有效性,可以兼顾近距离和中远距离导航任务。     

考虑用户偏好的启发式动态共乘匹配算法

针对现有算法很少考虑用户之间的共乘偏好需求,提出了一种考虑用户偏好的启发式动态共乘匹配算法。构建一个满足用户偏好需求的动态共乘匹配模型,旨在最大化系统匹配率和最小化车辆的绕行距离。算法首先根据出行请求的时间约束、车辆与用户的出行轨迹以及用户的兴趣偏好,过滤不满足用户偏好需求的车辆;其次,构建一个临时匹配图,设置边的权值为出行请求插入到车辆的当前行驶路线中的最小绕行距离;最后采用贪婪方式实现用户与车辆之间的匹配,并采用节点插入方式,将出行请求的出发地点和到达地点插入到车辆的当前行驶路线中。仿真结果表明,提出的启发式动态共乘匹配算法使车辆增加的平均绕行距离和运行时间低于现有算法,系统匹配率高于现有算法;用户的出行时间需求、兴趣偏好、信誉度等共乘需求对系统匹配率有显著影响。     

基于遗传算法的图象不变矩匹配

研究模板和图象间的有效匹配，利用不变矩特征作为检测模板和图象中物体轮廓相似度的测度，同时把遗传算法引入图象匹配识别，并针对简单遗传算法在应用过程中出现收敛过早和早熟现象的问题，采用了一种 改进型遗传算法。该算法和不变矩相结合能有效检测出具有平移、旋转 和尺度变化的物体，该方法可以应用于实际图象匹配和识别中。     

In-flight alignment of a strapdown inertial navigation system of an unmanned aerial vehicle

The alignment system of a strapdown inertial navigation system for an unmanned aerial vehicle installed on a carrier aircraft is studied. The aim is to develop alignment techniques for the strapdown inertial navigation system that improve the accuracy of alignment and reduce the alignment time. A technique for constructing the initial alignment system for a strapdown inertial navigation system of an unmanned aerial vehicle is proposed.