基于MSCR与CS-LBP的鱼眼图像特征区域匹配方法

相比普通镜头,鱼眼镜头拥有更大的视场角,甚至可以直接获取半球域的图像信息,在立体视觉领域,应用鱼眼镜头来采集全景图像可减少镜头及图像采集模块数目,简化系统、提高运算速度、降低成本。但同时鱼眼镜头图像也存在一定程度的畸变,越靠近边缘畸变越严重。因此,在光轴正交或是角度更大的立体视觉系统中,进行相关图像的特征点匹配存在困难,直接影响立体视觉系统的应用效果。然而采用一种具有仿射不变性的图像匹配算法即可解决这个问题,首先提取原始图像的MSCR特征区域,其次引进CS-LBP算子对各个MSCR区域进行特征描述,应用特征权重的卡方距离比较法进行唯一匹配,最后进行椭圆拟合及连线标记使得匹配结果可视化。且通过实验验证了此方法的稳定一致性,可应用于大旋转角度的鱼眼图像的特征匹配。     

基于MSCR和ASIFT的鱼眼图像立体匹配研究

鱼眼镜头在具有大视场优点的同时,存在成像失真大的缺陷,特别在边缘区域更为严重,因而在光轴正交或大视场条件下的立体视觉系统中,难以实现对图像的特征匹配。常规立体视觉匹配方法多基于小孔成像模型进行构建,直接用于鱼眼镜头图像的匹配存在较大误差,会影响图像间匹配的准确度。针对此问题,建立了一种具有仿射不变性的联合匹配算法。先提取鱼眼镜头图像的彩色图像最大稳定值区域(MSCR)特征区域,接着采用仿射尺度不变特征变换(ASIFT)算子对该区域进行逐一描述,从而获取鱼眼图像间的最佳匹配。通过试验验证,该方法具有稳定一致性,能够完成未经失真校正鱼眼镜头图像的立体匹配。     

一种鱼眼镜头成像立体视觉系统的标定方法

鱼眼镜头成像立体视觉系统在微小型机器人视觉导航和近距离大视场物体识别与定位中有着广泛的应用 .尽管鱼眼镜头摄像机具有很大的视场角 (接近 180°) ,但同时也引入严重的图像变形 ,常规的摄像机标定方法无法使用 .该文提出一种标定鱼眼镜头摄像机立体视觉系统的方法 .在鱼眼镜头变形模型的基础上 ,通过考虑鱼眼镜头成像的径向变形、偏心变形和薄棱镜变形 ,建立了鱼眼镜头成像的精确成像模型 ;然后 ,利用非线性迭代算法 ,精确求解摄像机外部参数、内部参数 .实验表明 ,使用该方法得到的立体视觉系统参数满足精确恢复大场景稠密深度图的要求 .     

环视鱼眼图像处理深度学习研究进展

视觉环境感知在自动驾驶汽车发展中起着关键作用,在智能后视镜、倒车雷达、360°全景、行车记录仪、碰撞预警、红绿灯识别、车道偏移、并线辅助和自动泊车等领域也有着广泛运用。传统的环境信息获取方式是窄角针孔摄像头,视野有限有盲区,解决这个问题的方法是环境信息感知使用鱼眼镜头,广角视图能够提供整个180°的半球视图,理论上仅需两个摄像头即可覆盖360°,为视觉感知提供更多信息。处理环视图像目前主要有两种途径：一是对图像先纠正,去失真,缺点是图像去失真会损害图像质量,并导致信息丢失;二是直接对形变的鱼眼图像进行建模,但目前还没有效果比较好的建模方法。此外,环视鱼眼图像数据集的缺乏也是制约相关研究的一大难题。针对上述挑战,本文总结了环视鱼眼图像的相关研究,包括环视鱼眼图像的校正处理、环视鱼眼图像中的目标检测、环视鱼眼图像中的语义分割、伪环视鱼眼图像数据集生成方法和其他鱼眼图像建模方法等,结合自动驾驶汽车的环境感知应用背景,分析了这些模型的效率和这些处理方法的优劣,并对目前公开的环视鱼眼图像通用数据集进行了详细介绍,对环视鱼眼图像中待解决的问题与未来研究方向做出预测和展望。     

变结构三阶一致性无人机编队控制

对多无人机的编队飞行控制问题进行了研究,解决了多无人机编队构成并稳定飞行和编队内某无人机失事情况下其它无人机仍保持队形稳定飞行的问题.首先,基于图论设计编队通讯网络.其次,基于三阶一致性理论设计编队控制器,通过积分得到每架无人机的目标位置和速度.在编队内无人机失事情况下,设计变结构通讯网络,并给出编队通讯结构变化规则.仿真结果表明,上述控制方案能够保证多无人机迅速构成编队并稳定飞行,在编队内无人机失事情况下,能够保证其它无人机依旧按目标路径和编队形状稳定飞行.     

基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究

针对现有无人机导航控制方法存在的控制效果不佳的问题,本文提出一种基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究。利用粒子滤波算法,实现对无人机自主轨迹视觉导航控制方法的优化设计。采用栅格法构建无人机飞行环境地图,根据无人机的机械组成结构和工作原理,构建运动状态模型。利用内置的摄像机设备采集视觉图像,执行图像灰度转换、几何校正、滤波等预处理步骤。通过对视觉图像的特征提取,判断当前环境是否存在障碍物。利用粒子滤波算法确定无人机位姿,结合障碍物识别结果规划无人机的自主飞行轨迹。将位置、速度和姿态角的控制量计算结果,输入到安装的导航控制器中,完成无人机的自主轨迹视觉导航控制任务。通过实测分析得出结论：应用设计的导航控制方法,其位置误差、速度误差以及姿态角误差均维持在预设值以下,即设计的导航控制方法具有良好的控制效果。     

鱼眼变形立体图像恢复稠密深度图的方法

使用普通镜头立体视觉无法实现近距离或大视场的立体感知,鱼眼镜头立体视觉可以解决这一问题,因为鱼眼镜头的视场角可以达到180^0。鱼眼镜头获取大视场的同时也引入了严重的图像变形。文中讨论了一种使用三个鱼眼镜头摄像机构成的多基线立体视沉系统恢重近距离大视场稠密深度图的方法。为了高精度恢复稠密深度图,作者采用图像局部规范化方法、鱼眼变形图像校正方法、基于仿射变换区域匹配的相似性极小化准则,来实现鱼眼变形立体图像对应性求解。文中最后给出了用真实物体和场景的大变形图像来恢复稠密深度图的实验结果。     

基于Matlab／Simulink的无人机飞行仿真研究

该文以某小型无人机为研究对象,基于其数学模型,在Matlab／Simulink环境下并结合Stateflow的有限状态机实现了对该无人机飞行过程的仿真模拟。首先利用Matlab／Simulink,对小型无人机搭建了非线性数学模型,对其飞行控制律进行了研究;然后利用Stateflow模拟了无人机的飞行管理器,实现无人机多模态之间的转换;最后对无人机的控制规律进行了验证。其结果表明了该控制规律的合理性和有效性。     

小型无人直升机通信系统的设计与实现

通信系统是无人机系统中最重要的组成部分之一,为了实现小型无人直升机稳定可靠的全自主飞行控制,设计并实现了基于WIFI并运用UDP协议和SOCKET通信机制的无人机系统实验数据链,在此基础上,基于无线射频模块和WIFI,实现了用于无人机运营阶段的远程飞行数据链;首先介绍无人机的通信系统框架,再对无人机实验数据链和远程飞行数据链的数据通信协议及软硬件实现进行详细说明;该通信系统有充裕的数据载荷,数据下传和上传延迟满足系统实时显示和控制要求,可在无人机平台上稳定可靠运行.     

一种基于空中平台中继的通信系统的设计

论文针对一种基于小型无人机作为空中中继平台的点对多点无线通信系统进行了适应性设计。设计中结合空中平台的飞行特性,对使用空中转发通信时所需的技术和体制进行了研究和论证,并通过计算和仿真,提出了利用空中平台中继通信时的天线、抗多径、抗衰落和系统的设计要求。本设计的正确性和有效性在相关通信系统的研制和试验中得到了验证。     

禁飞区无人机预警算法研究

针对大量在空中无秩序飞行的无人机有可能会闯入飞机场等禁飞区的情况,为了避免发生空中交通安全事故,提出了一种无人机禁飞区预警算法。首先,该算法经过坐标变换将描述无人机位置点的GPS坐标转换成对应的平面坐标;接着,采用改进的最小二乘曲线拟合算法预测出无人机的飞行轨迹;然后,通过计算预测的飞行轨迹曲线在当前点的切线是否会与描述禁飞区的电子围栏相交,来判断无人机是否会进入禁飞区。同时,所有的无人机都会安装上飞行数据记录模块,来实时地为该算法提供无人机的飞行状态信息。最后,通过MATLAB仿真实验验证了该预警算法的可行性和有效性,表明该算法可以对禁飞区周围的无人机进行预警。     

Cooperative Tracking a Moving Target Using Multiple Fixed-wing UAVs

A cooperative tracking scheme is presented in this paper for multiple fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs) to track an uncooperative, moving target. It is comprised of a target loitering algorithm and a formation flight algorithm. The loitering algorithm enables a constant speed UAV to circle around a moving target, whose speed is allowed to vary up to the UAV’s speed. The formation algorithm enables cooperative tracking using multiple UAVs by keeping them flying in a circular formation with equal inter-vehicle angular separation. Under this formation algorithm, the formation center can be controlled independently to perform target loitering, and the admissible range of the target’s speed would not be affected for given UAVs. The performance of the proposed tracking system is verified in numerical simulations.     

Collision-free Autonomous Navigation of A Small UAV Using Low-cost Sensors in GPS-denied Environments

This paper proposes a novel complete navigation system for autonomous flight of small unmanned aerial vehicles (UAVs) in GPS-denied environments. The hardware platform used to test the proposed algorithm is a small, custom-built UAV platform equipped with an onboard computer, RGB-D camera, 2D light detection and ranging (LiDAR), and altimeter. The error-state Kalman filter (ESKF) based on the dynamic model for low-cost IMU-driven systems is proposed, and visual odometry from the RGB-D camera and height measurement from the altimeter are fed into the measurement update process of the ESKF. The pose output of the ESKF is then integrated into the open-source simultaneous location and mapping (SLAM) algorithm for pose-graph optimization and loop closing. In addition, the computationally efficient collision-free path planning algorithm is proposed and verified through simulations. The software modules run onboard in real time with limited onboard computational capability. The indoor flight experiment demonstrates that the proposed system for small UAVs with low-cost devices can navigate without collision in fully autonomous missions while establishing accurate surrounding maps.

     

A vision-based landing system for small unmanned aerial vehicles using an airbag

Statistics show that the landing accounts for the largest portion of all mishaps of unmanned aerial vehicles (UAVs) due to many difficulties including limited situational awareness of the external pilot and the limited maneuverability during the low speed flight before touchdown. In this paper, a vision-based automatic landing system using a dome-shaped airbag is proposed for small UAVs. Its isotropic shape allows airplanes to approach in any direction to avoid crosswind unlike net-assisted landing. The dome’s distinctive color improves the detection owing to its strong visual cue. Color- and shape-based detection vision algorithms are applied for robust detection under varying lighting conditions. Due to the insufficient accuracy of navigation sensors, a direct visual servoing is used for terminal guidance. The proposed algorithm is validated in a series of flight tests.     

Tracking control of trim trajectories of a blimp for ascent and descent flight manoeuvres

A blimp is a small airship that has no metal framework and collapses when deflated. It belongs to family of unmanned aerial vehicles (UAVs). In this paper we address the problem of designing tracking feedback control of an underactuated autonomous UAV. The ascent and descent flight conditions as one in which the rate of change (of magnitude) of the airship's state vector is zero and the resultant of the applied forces and moments is constant lead to trimmed flight trajectories. The subject of the tracking control is to stabilize the engine around the planned flight. Using a combined integrator backstepping approach and Lyapunov theory, the stability results are local and overcome the minimum number of actuators (inputs) with respect to the blimp's six degrees of freedom. Considering physic limits in UAVs, other trimmed flights are investigated and compared.     

基于无人机的目标全覆盖方法研究

为解决传统固定传感器网络目标覆盖存在的生命周期短、维护成本高等问题,提出一种基于无人机的目标全覆盖方法,确保所有目标在任意时刻都被至少一个无人机所监控。提出无人机通过协调、接力覆盖多个目标时的最优悬停问题,并利用计算几何方法求解不同组合目标的最优悬停点。最后,将无人机目标全覆盖问题建模为整数线性规划方程,以确定最小的无人机需求数量。仿真实验通过模拟三种不同类型和参数的旋翼无人机,测试飞行速度、充电时间、覆盖半径对无人机需求数量的影响。结果表明随着覆盖目标距离基地越远所需无人机的数量逐渐增大,覆盖半径从100 m增加至200 m所需无人机的数量减小三分之一左右。     

基于xPC的视觉制导半实物仿真快速开发方法

视觉传感器作为无人飞行器的一种重要传感器,对无人飞行器的制导与控制起着至关重要的作用.研究以视觉传感器为对象的飞行控制系统半实物仿真,对于了解视觉制导的工作机理和制导控制方法有着重要的意义.研究了一种基于导航制导与控制实验系统的视觉传感器半实物仿真快速开发方法.采用快速代码生成技术和接口模块库的快速开发方法,可以大大提高验证制导控制算法优劣性的效率,为研究基于视觉传感器的制导控制方法提供一个简洁快速的验证平台.     

旋翼无人机大气探测设备布局仿真优化设计

为了提高多旋翼无人机气象探测的准确度,基于CFD方法对偶数桨旋翼无人机的流场进行分析,比较了不同旋翼数和不同旋翼间距离的无人机的流场,分析了流场的特点。同时,结合大气探测设备对温湿度、气体浓度及颗粒物浓度测量的基本原理,分析了多旋翼无人机扰流场对探测设备测量精度的影响及其原因。由此确定了进行大气探测的多旋翼无人机尽量根据情况选择旋翼数较多、翼间距较大的机型,探测设备安装位置应当靠近无人机中心轴靠近旋翼旋转平面处的相对静风区,经实验对比,通过优化可以有效减小测量的误差。并提出可利用多旋翼无人机流场特点设计多旋翼无人机专用探测设备的构想。     

基于LabVIEW Vision的无人机自主着降系统设计与实现

四旋翼无人机具有低成本、垂直起降、机动性好等优点,在民用领域诸如航拍、植保、物流、电力巡线等场合得到了广泛的关注和应用;随着四旋翼无人机应用的普及,一些新的问题也随之出现,其中一个厄待解决的问题是如何提高无人机的降落精度和可靠性,特别在超视距应用场景下,这一需求尤为突出;通过采用机器视觉技术,利用LabVIEW Vision编制视觉识别软件,可以控制四旋翼无人机实现高精度的自主降落。     

多无人机完全分布式有限时间编队控制

针对分布式通信网络,研究多无人机完全分布式编队生成和保持控制问题.基于滑模和自适应方法设计自适应耦合增益,进而结合与邻居无人机之间的相对状态设计一种新的有限时间编队控制器.该算法去掉了传统编队控制器依赖通信网络范围和拓扑及Leader无人机状态等全局信息的限制,基于Lyapunov理论证明无人机编队误差在有限时间可以收敛到边界可调的邻域内.对三维运动的多无人机编队进行仿真验证,结果显示,所设计的编队控制算法可以实现多无人机有限时间完全分布式编队生成和保持.