基于分层混合信息的移动机器人复合地图创建

为提供丰富的环境信息,提出一种基于分层混合信息构建复合地图的方法,针对准结构化环境,将几何特征划分为规则区域和非规则区域,在非规则区域采用改进的基于网格的共享近邻算法(GNN)进行非规则聚类,并引入贝叶斯概率算法进行动态信息处理.实验结果验证了方法的有效性及实用性.     

基于量子行为烟花算法的移动机器人路径规划及平滑

针对移动机器人全局路径规划问题,提出一种基于量子行为烟花算法(quantum-behaved fireworks algorithm,QFWA)的路径规划方法.改进算法在基本烟花算法(fireworks algorithm, FWA)的基础上增加了基于量子行为的烟花爆炸策略.该策略使得种群在接近全局最优时具有较强的局部搜索能力,同时在种群远离全局最优位置时具有较强的全局搜索能力.改进算法提高了烟花爆炸产生火花的多样性和算法的收敛速度.在Benchmark测试函数上将改进算法与其他几种优化算法进行了对比,结果表明改进算法的性能优于其他算法.将QFWA应用于求解移动机器人路径规划问题,并采用均值滤波结合人工势场法对规划出的路径进行路径平滑处理.仿真实验结果表明改进方法在移动机器人路径规划问题上的可行性和有效性.     

基于激光和单目相机信息融合的智能轮椅避障策略研究

针对智能轮椅使用环境复杂多变,障碍物形状各异,单一传感器无法获得完整的环境信息的问题,提出一种基于激光传感器和单目视觉传感器信息融合的障碍物检测方法。通过单目相机和激光雷达传感器感知智能轮椅周围环境,得到障碍物的形状、距离分布状况等信息;在此基础上提出两种传感器信息的融合策略,建立局部障碍物地图,进一步采用模糊神经网络完成整体避障算法,实现智能轮椅安全、快速避障等功能。实验结果验证了文中所提避障算法的可行性及有效性。     

实时的移动机器人语义地图构建系统

语义信息可以使机器人更充分地理解未知环境,为更高级的人机交互和完成更复杂的任务奠定基础。为了能够使移动机器人实时地创建语义地图,在Jetson TX1嵌入式电脑上开发了一种轻量级的深度学习目标检测模型,在保证了检测精度的同时,实现了高效的目标检测功能。并利用了视频流中的帧间光流信息,使用运动信息指导传播算法降低检测算法的漏检率。对于Kinect传感器生成的深度图像有黑边、黑洞等缺陷,使用统一计算设备架构(CUDA)技术开发了一种实时的深度图像修复算法。利用即时定位与地图构建(SLAM)技术,实现移动机器人底层的定位、导航、地图创建功能,并在此基础上使用贝叶斯推理框架,同时融合了环境的度量信息与视觉识别信息完成了语义地图的创建。经过实验表明,所提出的方法在实际的、复杂的室内环境下可以使移动机器人实时地创建语义地图。     

室内场景下实时地三维语义地图构建

移动机器人自主建图是完成智能行为的前提。为提高机器人智能水平和直观的用户交互,地图需要扩展超出几何和外观信息的语义信息。研究了将基于深度残差网络(DRN)的像素级图像语义分割和三维同时定位与建图(SLAM)相融合的三维语义地图构建方法。首先,采用一种联合中值滤波算法进行深度图像的修复,使用改进的迭代最近点(ICP)算法得到相机估计位姿以及基于随机蕨类的闭环检测构建出三维环境地图;其次,采用优化的深度残差网络对输入的图像实现较精准的像素语义级别的预测与分割;最后,采用贝叶斯更新方法,渐进式的将图像分割获取的语义分类标签迁移到重建的室内三维模型中,获得完整的三维语义地图。实验表明,所设计的方法可以在实际的、复杂环境下实时地构建语义地图。     

基于降质图像-光流场复原的智能轮椅测速

提出一种运动图像去模糊复原和基于仿射运动模型的光流场去抖动方法,以提高智能轮椅中光流里程计测速方法的精度。当轮椅线速度或角速度较大时,导致机载相机成像产生显著的运动模糊;且轮椅机器人的机械抖动也易产生光流场的偏差,进而影响速度估计的精度。针对于此,首先利用一种基于自适应模糊核的运动图像去模糊方法实现图像复原,以改善视频帧质量;其次,针对智能轮椅在行进中的机械抖动,利用随机抽样一致(RANSAC)排异后的光流场,在卡尔曼滤波框架下估计同名像点的仿射运动模型参数,进而实现光流补偿。实验结果表明所提方法能够提升基于光流场的智能轮椅视觉测速精度。     

分块多特征目标描述子的移动机器人目标跟踪

为解决机器人目标跟踪过程中的遮挡和外观改变等问题, 提出一种分块多特征描述子的方法. 该方法将候选样本分块, 提取图像片的深度、颜色、纹理特征来表示目标构造检测器. 结合目标与机器人的运动构造运动卡尔曼滤波器(MEKF) 作为跟踪器. 跟踪过程中根据目标深度信息调整其尺寸, 结合深度特征及图像片外观相似度进行检测并处理遮挡. 实验结果表明, 该算法对目标的尺度变化、光照改变和遮挡现象具有较强的鲁棒性.

     

基于大位移变分光流的全向智能轮椅测速方法

为扩大全向智能轮椅的速度测量范围并改善其测量精度及计算效率,对传统基于光流的测速方法进行了改进.首先,采用TV-L1模型求解光流,并有效地预测帧间像点位移量,缩小像点的搜索区域.然后,针对由光照不均、局部运动模糊等因素产生的异质光流矢量,提出了基于平面片光流模型的随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC),以实现光流场的排异.最后,在统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)的体系框架下实现光流计算的并行加速,提高了系统的实时性.实验结果表明:改进方法使轮椅的最大可测量速度提升了1.67倍,且测速精度优于轮式里程计,该方法在光照不均、局部运动模糊情况下也具有较好的鲁棒性,能够提升全向轮椅的最大可测量速度及测量精度.     

多特征自适应均值漂移算法的目标跟踪

针对传统均值漂移(mean-shift)算法存在 对目标 特征描述不完整、目标模型不能动态更新、无法解决目标遮挡 等问题, 本文提出多特征自适应均值漂 移算法的目标跟 踪。首先利用人体躯干侧影改进模型核函数,采用目标颜色特征与纹理特征建立目 标直方图模型,提高算法对目标描 述能力;提出选择性模型更新策略,自适应地调整目标模型,改善了传统整体更新策略由于 过度更新导致的跟踪发散;最后 利用扩展卡尔曼滤波 (EKF,extend Kalman filter) 提取目标运动特征确定目标位置。与传统算法相比,本文所提算法能在背景 干扰条件下准确跟踪目标;同时, 图像处理平均速度 达140frame/s ,满足实时性要求。实验结果表明,本文算法可以实时准确地 跟踪目标,对环境干扰、目标遮挡具有鲁棒性。     

改进的步态光流图与视角相结合的身份识别

提出将改进的步态光流图(LK-GFI)与视角相结合的方法来解决步态识别易受视角影响的问题。该方法采用La-cus-Kanade(LK)光流法获得连续两帧侧影图像间的光流场,并构造步态特征图像LK-GFI,利用成像原理计算人的行走方向以确定视角。首先,离线建立目标在各视角下的LK-GFI数据库;然后,提取待识别人的当前视角和LK-GFI;最后,用欧式距离度量同一视角下待识别人与目标的LK-GFI之间的相似性。分别采用CASIA数据库和实际室内获得的步态序列对该方法进行了验证。结果显示,错误拒绝率分别为7.95%和9.12%,与采用传统的步态能量图(GEI)相比分别降低了12.5%和14.45%;与采用步态光流图(GFI)相比分别降低了7.77%和6.74%。该方法识别准确性高,实时性强,对多视角有较强的鲁棒性。