基于单目视觉的四旋翼飞行器目标跟踪算法研究

以AR.drone四旋翼飞行器为研究平台,提出一种基于AR.drone前置单目摄像头,并结合卡尔曼滤波跟踪视频中移动目标的方法。将采集得到的RGB图像经过颜色空间转换成对光照变化影响不大的HSV图像;通过OpenCV对视频中跟踪目标的图像去噪,对轮廓进行检测寻找图像中最大的轮廓目标,并通过卡尔曼滤波对目标位置进行修正;计算四旋翼飞行器的飞行朝向并实现四旋翼飞行器对视频区域里移动目标的跟踪。实验表明,该方法有效地实现了对移动目标跟踪的准确性、稳定性和快速性。     

匹配滤波器中参考目标位置对相关峰位置的影响

针对利用光学相关器识别运动多目标的精确定位问题,提出了参考图像目标置中的匹配滤波器设计方法.该方法根据场景图像中目标位置、匹配滤波器中参考目标位置和相关峰位置之间的关系,采用将目标放置在参考图像中心以克服单一目标和运动多目标识别过程中相关峰的不确定偏移.实验结果表明,在范德卢格特型光电混合相关器中,采用该方法设计匹配滤波器可以使相关峰位置与目标位置一一对应,并且能够直观的实时显示出被识别目标在场景图像中的位置,提高了运动目标的定位准确性和跟踪稳定性.     

基于动态关键帧的自然地标景象匹配视觉导航

为研究GPS故障或失效情况下无人机的备用导航技术,提出了基于自然地标的动态关键帧号象匹配视觉导航算法.首先,分析机载摄像机获取的实时图序列,自主寻找并描述特征明显的自然地标;然后,将包含自然地标的关键帧抽取出来,并与卫星数字基准图进行景象配准,计算其大地坐标作为辅助定位的依据.利用实时图帧间的相关性,将实时图当前帧与计算的动态关键帧图像进行"相对"景象匹配,进而实现当前帧在基准图上的精确定位.实验结果表明,该算法在提高配准概率的同时可大幅度提高景象匹配的实时性与精确性.     

基于频闪成像技术的MAV气动外形三维视觉测试(英文)

在目前的实验条件下虽已掌握了大量的气动外形测试数据和分析结果,但这些实验都是基于高速影像设备来完成物体运动记录的.为此,提出了一种基于频闪成像探测技术的柔性气动外形三维视觉检测方法,基于此方法,能够在不具备高速影像设备的条件下获取微小型飞行器(MAV)柔性气动外形的连续图像数据,使用尺度不变特征转换(SIFT)方法提取出描述表面纹理特性的特征点,在频闪图像中的各个不同位置依次进行搜索、匹配,找出特征点的同名点.为了提高跟踪精度,使用了RANSAC方法对误匹配对进行消降.实验结果表明,该方法不仅能实现柔性外形的形态学变化检测,而且能建立一幅频闪图像中不同位置上提取出的特征点之间的关系,从而计算出气动外形上特征点的运动轨迹.整个实验框架是基于双目立体视觉测量原理来满足检测与跟踪的高精度及可视性的.     

视图匹配中的定位技术

提出了一种基于不确定推理的视图匹配定位方法,并将其应用于计算机绘图自动评卷系统中。该方法在正式进行视图匹配前,先通过图元间的比较,找出待匹配视图间所有可能的相对位置,并通过计算找出其中最为可能的相对位置作为两视图的正确相对位置,以这一相对位置为基准进行后续的图元匹配。该方法在评卷系统的实际应用中效果良好。     

立体视觉曲面重建与系统误差分析

采用立体视觉空间曲面重建技术对三维曲面表面成像进行边缘提取、图像匹配、匹配点空间位置计算等步骤,得到三维曲面表面点的空间位置,利用空间点信息对三维曲面形状进行重建,恢复曲面三维形状;并讨论了立体视觉系统的摄像机分辨率、测量范围和摄像机间距等参数之间的关系.利用该方法对堆积物表面形状及体积进行测量实验结果表明,该方法能准确、快速、方便地给出三维曲面的形状.     

基于3D计算机视觉的鱼类行为分析研究

分析了现有鱼类生物监测系统不能全面精准地检测和描述鱼类的空间位置的缺陷,设计了一种基于3D计算机视觉的鱼类行为分析系统,以实现从三维视角对鱼类进行监测并分析鱼类的运动行为。该系统首先通过自组织背景建模方法对图像中鱼的前景进行提取,然后计算出鱼的质心位置,并由3D视觉装置的几何关系计算鱼在实际三维空间中的位置,通过跟踪得到鱼类运动的三维轨迹,最后根据鱼类运动轨迹数据计算出鱼的游动的速度和角速度,得到鱼类运动行为模式曲线。实验结果表明利用3D计算机视觉对鱼类行为进行跟踪与描述,能为鱼类活动量水平变化及鱼类活动模式改变的定量分析奠定坚实的基础。     

基于平面重建与自然特征匹配的虚实注册方法

针对增强现实系统中的三维注册问题,提出了一种新的基于多平面结构三维重建与自然特征匹配相结合的虚实注册方法,该方法分为离线三维重建和在线实时注册两个阶段.离线阶段系统利用两幅参考图像和双目视觉原理恢复出平面坐标系,并根据用户指定的世界坐标系计算两者之间的变换关系.实时注册阶段,系统首先将当前图像与参考图像做特征匹配以获取平面所对应的单应性关系,进而恢复出每个平面所对应的投影矩阵,由上述投影矩阵以及离线计算所获得的世界坐标系与多个平面坐标系之间的变换关系合成三维注册所需的变换矩阵.实验结果表明,该方法是有效可行的,而且在克服误差积累方面较传统方法有明显改善.     

基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统

描述了一种基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统。该系统采用双目立体视觉完成环境特征的3D信息提取,实时计算出机器人相对作业目标的位姿（6D）关系,导引移动机器人控制系统按目标异向进行运动。系统在相对位姿计算中采用旋动（Screw）理论,将带约束的多变量函数的非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题,简化了计算复杂性。实验表明,这个导航定位系统在定位精度和数据处理速度上均可满足机器人导航的要求。     

提高四旋翼无人机起飞/着陆的运动稳定性的研究

考虑到四旋翼无人机在起飞/着陆过程中,因受近地空间复杂气流等扰动作用而极易出现运动稳定性问题,提出了通过优化飞行器的结构参数来提高飞行器运动控制的稳定性的方法。从机械结构设计出发,通过Lyapunov指数方法建立飞行器结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系,以此指导系统的机械结构设计及控制系统优化,提高系统的可靠性和稳定性。该方法的可行性和有效性已通过实例仿真分析得到验证。     

基于小波包能量特征向量的光纤布拉格光栅低速冲击定位

光纤布拉格光栅(FBG)传感器在飞行器的实时冲击定位监测中具有广阔的应用前景。根据两次冲击位置距离越近接收到信号幅频特性相似度越高的关系,提出基于小波包能量特征向量与相似度匹配算法共同实现冲击定位的研究,构建了一套由光纤布拉格光栅传感器和复合材料层合板组成的冲击定位监测系统。首先通过遍布冲击建立能量特征向量数据库。然后通过试验点的能量特征向量与数据库中各点的能量特征向量进行相似度计算实现冲击定位。实验表明,对480 mm×480 mm的复合材料层合板的16次冲击定位实验中,该方法的最大误差为40 mm。     

基于局部特征空间相关核的图像目标分类

为了描述局部特征在图像空间中相对位置关系,提出一种局部特征空间相关核(Spatial Correlation Kernel,SCK)用于图像目标分类.该方法首先提取并量化图像中的局部特征,再计算量化后的局部特征的空间位置自相关度,然后利用直方图交叉匹配两幅图像的空间位置自相关度得到局部特征空间相关核.该核充分利用局部特征的强分辨能力及其空间位置,且SCK具有线性计算复杂度,满足正定条件,可以运用于基于核的学习算法.本文将SCK嵌入支持向量机对公共数据库中图像目标进行分类,实验结果表明,SCK可以获得良好的时间效率和分类性能.     

基于仿生眼异向运动原理的超小型无人旋翼机定点着陆新方法

基于仿生双眼的异向运动原理,提出了超小型无人旋翼机野外定点着陆的一种新型定位方法,并且根据眼球运动的神经回路,建立了眼球异向运动控制模型.对该控制模型进行了仿真实验,并将仿真结果与双目异向运动的生理学特点作了对比,对比结果表明该模型符合双眼异向运动的生理学特点,能自适应地实现双目异向运动.最后,在仿真的基础上,分析了影响超小型无人旋翼机野外定点着陆的因素.这种新型的方法与传统的视觉方法相比,可以消除盲区,从而克服了野外定点着陆的不准确性.     

利用多普勒信息判断单线阵低速目标左右舷的方法研究

采用常规单线拖曳阵列作为双基地主动声呐的接收平台时,会存在左右舷模糊。常规左右舷判决方法需要声呐探测平台进行转弯等复杂机动,目标定位与跟踪的实时性和连续性难以保证。文章对利用回波多普勒效应实时判断低速目标左右舷的方法进行了研究,给出了目标低速运动的条件,并分析了多普勒响应可分辨特性与声呐平台位置、运动状态的关系。通过仿真实验验证了该方法的可行性与有效性。海试数据处理结果表明,声源船仅具漂流速度时即可通过回波多普勒信息有效判别静止浮台目标的左右舷。该方法可以作为双基地主动声呐探测与定位系统中的辅助手段。     

具有一移动两转动并联机构设计及运动学分析

目的 针对食品行业包装工作量大,人工成本逐级提高且易出错的现状,设计一种能实现复杂运动的新型并联机构.方法 利用螺旋理论分析支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算机构自由度.根据机构学和几何学关系,建立机构输入、输出参数关系方程;通过位置关系方程,得到机构输入、输出的速度和加速度关系方程.由于机构速度雅克比矩阵复杂,将判断矩阵是否满秩问题转化为多元函数求极值问题.根据机构约束条件,计算机构运动平台工作空间.建立机构位置正解的适应度评价函数,将改进的粒子群优化算法与迭代法相结合,求解机构位置正解.利用五次多项式对动平台中心点运动位姿进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律.结果 机构具有一移动两转动自由度.通过对上述问题数学模型的求解发现,机构不存在明显奇异位形,且工作空间连续,姿态角运动范围大.求得了机构高精度位置正解,驱动副运动学参数变化平稳,符合轨迹规划预期.结论 该新型并联机构满足食品抓取和装箱时所需的大工作空间要求,可以实现平稳运动,计算结果为机构动力学分析和实时控制奠定了理论基础.     

物体运动路线多样化模拟

在现代仿真技术和游戏动画中,越来越多的物体可以按照实时指定的关键位置在平面上进行移动,然而,早期的运动控制算法只是在需要转弯的关键点进行机械的转向.通过引入样条曲线,可以获得较好的运动路线.然而,在不同的物体依照同一路线进行运动时,运动路线是相似的,没有考虑到物体间的差异.设计的算法在原有通过样条曲线插值计算运动路线的基础上,将物体的重量、形状特征以及当前的运动速度加入到路线计算的影响因素中,可以根据物体相关运动属性实时生成运动路线.     

基于手眼系统的视觉定位研究

针对自动化产品装配中的视觉定位问题,搭建一套基于手眼(eye-in-hand)系统的机器视觉装配实验平台。在Halcon软件平台上运用张正友标定法对相机内参数和外参数进行标定,并利用手眼关系方程CX=XD求解出机器人的手眼关系以完成手眼系统标定的过程,最终将手眼系统标定结果应用于视觉装配平面的目标点定位。其中以机器人定位到的目标点坐标为理想位置坐标,对视觉定位与机器人定位得到的目标点位置进行比较分析,验证该手眼系统视觉定位的准确性并对视觉系统进行不确定度评定,实验重复性良好。实验结果表明,用此方法得到的手眼系统视觉定位精度能达到0.6 mm,满足机器视觉生产线上产品装配的需求。     

基于电感模型的高压比例电磁阀无传感器位置检测

介绍一种基于电感模型的氢气燃料电池汽车用高压比例电磁阀无传感器位置检测的方法,此方法以比例电磁阀的非线性模型为基础,适用于计算或者监测比例电磁阀工作过程中移动铁心的实时位置。经过仿真分析和数学推导,构建出电磁阀的电感模型以及移动铁芯位置检测的计算模型。再对计算模型进行实用性验证实验,结果显示其最大误差在10%以内,符合工程实际应用。该方法简单实用,易于实现,适用于计算或者监测高压比例电磁阀工作过程中移动铁心的实时位置。     

一种移动视觉测量系统的建模及标定方法

针对一种立柱式二维移动视觉测量系统,提出了其数学模型的建立和标定方法。分析了测量原理和系统组成,并通过对运动定位和摄像机成像的独立建模,构建了符合测量原理的整体数学模型。标定时,在完成对定位误差等13项几何误差标定的基础上,通过移动摄像机使圆孔靶标的像平均分布在摄像机的像面上,根据靶标的工作台位置、像点坐标、以及测量时对应的运动机构移动量,利用最小二乘非线性拟合方法实现对摄像机成像模型参数的标定。实验结果表明:经建模和标定后,测量平均误差为1.8μm。利用该方法进行移动视觉测量系统的建模和标定,可以有效地保证系统的测量精度。     

大型平台变形量实时监测的光电测量方法

本文介绍了一种用于大型平台变形量实时监测的光电测量方法.该方法将线阵CCD作为高度标尺置于各待测位置,利用一字线激光器作为面光源使各不同位置的线阵CCD同时接受同一光束信号,将各线阵CCD收到的高度位置信息采用线性坐标变换为与某一基线(面)重合坐标的标高输出值,并将各种不同载荷条件或不同时刻的高度值数据进行比较,从而得到实时的平台各点相对变形量,该方法在实际应用中取得了较好的效果.