基于视觉里程计的室内位姿测量技术研究

随着人口老龄化程度的不断加深,独居老人也在不断增多。 在解决独居老人养老问题的应用上,室内定位是最基本和 关键的问题。 针对室内定位的需求,提出了双目视觉里程计定位算法,从相机成像模型、特征提取、特征匹配以及运动估计 4 个 方面展开了研究。 首先,采用双目摄像头作为传感器进行图像采集;然后通过提取 ORB 特征点来完成相邻图像之间的匹配关 系,根据基于 BRIEF 描述子的立体匹配算法得到左右图像对应特征点的匹配关系;最后对相机的运动进行估计。 设计了硬件 和软件平台对提出的方法进行实验。 实验证明,基于视觉里程计的室内定位技术能够准确地定位老人在室内的位置,能够实时 地对老人进行安全监护。     

改进视觉惯性里程计融合GPS的无人机定位方法研究

为提升无人机大范围弱纹理场景下的状态估计，提出一种改进视觉惯性里程计融合GPS的定位方法。首先，通过在视觉惯性里程计中加入线特征来表示环境的几何结构信息，提升位姿估计的准确性；其次，通过引入长度阈值筛选，剔除对位姿估计贡献不大的短线段，改善特征追踪的鲁棒性；最后，使用非线性优化的方式，将GPS测量信息和改进的视觉惯性里程计融合，校正视觉惯性里程计的累积误差。基于EuRoC数据集仿真实验以及应用于无人机的真实场景实验表明，相较于原算法，加入线特征算法的定位误差在仿真实验中降低了39.14%，室内场景降低了23.48%，室外场景降低了33.58%。融合了GPS的点线特征算法相较于原算法，定位误差降低了53.99%。     

一种基于VINS的视觉里程计改进方法

同时定位与地图构建(SLAM)是当今机器人领域的主要研究课题之一。针对如何根据图像估计相机位姿问题,提出一种基于VINS的视觉里程计改进方法(ORLK-VINS)。首先,通过双目相机获取图像信息;其次,将图像信息进行直方图均衡化处理,使图像对比度和亮度得到改善;然后,对原图像特征提取算法进行改进,引入ORB算法中带有方向的FAST角点;最后再将提取的特征点进行正反向的LK光流跟踪匹配,保证匹配特征点的精确性。实验表明,经过改进后的视觉里程计相较于主流的VINS-Fusion算法,在某些场景下拥有更好的实时性和定位准确性。     

移动机器人测程法定位误差分析与校正

里程计的安装误差和凹凸不平或者光滑地面的环境是影响机器人测程法定位精度的主要原因,针对这一问题,首先利用UMBmark校核算法定义了系统误差模型;然后基于陀螺仪的测量数据,提出了机器人直线移动时发生非系统误差的辨识算法,利用所给定的控制信号(输入)与里程计数据(输出)建立模糊神经网络模型,校正机器人自定位因为非系统误差而导致的严重位置误差和方向误差。最后采用上海大学自强队机器人平台验证所提出方法的有效性。     

一种快速响应码图像的分割和校正方法

首先分析快速响应码图像的定位特征模式,提出一种基于一维特征模板匹配及利用图像一维扫描波形快速定位条码区域的方法,并在实现图像方位归一化后,对条码边界进行Hough变换得到边界直线和顶点位置,最后利用控制点变换和双线性插值方法实现条码几何失真校正和大小归一化,得到只包含条码的图像。实验表明这些算法能有效消除图像中无关信息和笔迹污染的干扰,并能校正几何失真。最后得到的条码图像可以进一步由条码符号识别算法和解码算法等进行处理。     

基于机器学习与惯性导航的室内定位技术研究

针对基于移动终端室内定位的实际应用需求,分析了基于机器学习定位技术运算时间长、单纯的惯性导航累积误差大等问题,提出一种机器学习与惯性导航相结合的联合定位技术。该技术首先利用移动终端收集定位区域内多源数据,通过机器学习算法处理这些数据得到训练模型。然后基于该训练模型和移动终端实时采集的数据周期性进行定位,把定位结果作为惯性导航校正数据,利用惯性导航算法实时计算移动终端位置。实验结果表明,所提技术定位时间快,定位精度高,能够满足室内实时定位追踪及低成本定位系统需求。     

输电线路绝缘子覆冰厚度图像识别算法

针对当前绝缘子覆冰监测方法研究现状,提出对于复杂环境下的绝缘子覆冰识别。首先利用模板匹配在图像中实现绝缘子的定位检测,然后对图像进行预处理、图像分割、边缘提取等处理,提取出覆冰前后绝缘子边缘,根据区域像素初步判断有无覆冰,若有覆冰进一步再计算其覆冰厚度。最后利用提出的算法对模拟覆冰实验室和现场采集的输电线路图像进行分析,将算法计算结果与模拟覆冰实验室人工测量的绝缘子覆冰厚度值进行比较,误差小于1.5 mm。结果表明,算法能够识别绝缘子覆冰并计算其覆冰厚度,可以真实地反映现场绝缘子覆冰情况。     

基于WiFi辅助的自适应步长的室内定位算法

随着室内定位的需求越来越多,基于PDR算法的低成本惯性传感器定位方法备受青睐。在PDR算法的基础上,提出了一种步长可随着步频自适应变化的s f关系模型。同时针对PDR算法的误差累积问题,利用WiFi信号的接入点位置的绝对坐标对定位误差进行校正,利用连续的两个WiFi信号接入点位置辅助动态调整步长,避免了长时间的计步累积误差对步长的影响。实验验证该方法可有效提高室内定位的精度。     

基于机器视觉的受电弓滑板厚度检测方法研究

良好的弓网关系是电气化铁路正常运行的重要因素之一,应用机器视觉技术对滑板厚度进行测量,可以减少由人为误差导致的弓网事故。通过对实验室环境下拍摄的滑板图片进行图像灰度处理、透视校正、滑板图像滤波、滑板图像增强处理完成图像预处理,本文提出对滑板图像进行边缘检测和形态学开闭运算后采用图像追踪的方法,实现滑板边缘提取和定位,计算得到滑板厚度最小值。对滑板进行测量实验,由本方法得到的数值与实测值进行对比分析,得到的测量结果误差基本在±0.5mm。结果表明本文提出的图像处理方法可以实现滑板磨耗检测,对现场实际应用研究有很大的价值。     

针对鱼眼图像边缘校正失真的快速校正算法

针对现有鱼眼图像畸变校正算法校正后图像边缘区域存在失真的问题,在经度校正算法的基础上引入拉伸因子设计一种快速校正算法。首先利用快速扫描方法提取图像有效区域,得到畸变图像有效区域半径及圆心,其次在鱼眼图像畸变模型和径向畸变原理的基础上,确定畸变校正拉伸因子,然后分别在经度和纬度方向上增加拉伸因子进行校正,最终将校正结果与经度校正算法、经纬校正算法、双经度算法和重定心校正算法进行比较。结果表明,该算法能有效改善图片边缘的失真现象,且校正效率相比其它算法均有明显提高。综上所述,本文提出的算法能够快速有效地对鱼眼图像进行高质量的校正,为畸变校正质量提升相关研究提供借鉴。     

输电线路杆塔攀爬巡视机器人研制

输电线路杆塔结构复杂,而针对杆塔巡视的攀爬机器人的研究比较少。基于杆塔的T型防坠落导轨,研制了一种采用永磁吸附方式实现杆塔攀爬功能的巡视机器人,解决了机器人在输电线路杆塔上的可靠吸附及攀爬巡视问题。杆塔巡检人员通过遥控系统对机器人进行远程控制,利用机器人搭载的云台摄像头获取图像视频信息,并通过图传系统传输到手持显示终端,实现了对杆塔及防坠落导轨的巡视工作,能有效地发现杆塔存在的问题,便于杆塔巡检人员及时掌握缺陷信息并消除缺陷,为巡检人员提供科学的决策依据。     

输电线路杆塔攀爬巡视机器人研制

输电线路杆塔结构复杂,而针对杆塔巡视的攀爬机器人的研究比较少。基于杆塔的T型防坠落导轨,研制了一种采用永磁吸附方式实现杆塔攀爬功能的巡视机器人,解决了机器人在输电线路杆塔上的可靠吸附及攀爬巡视问题。杆塔巡检人员通过遥控系统对机器人进行远程控制,利用机器人搭载的云台摄像头获取图像视频信息,并通过图传系统传输到手持显示终端,实现了对杆塔及防坠落导轨的巡视工作,能有效地发现杆塔存在的问题,便于杆塔巡检人员及时掌握缺陷信息并消除缺陷,为巡检人员提供科学的决策依据。     

便携式TDICCD遥感相机成像检测系统设计

针对原有TDICCD相机成像检测系统的体积庞大、移动困难、功耗大、不利于外场实验的问题,设计了一套便携式航天遥感相机成像检测系统。首先给出了TDICCD相机的结构以及图像输出时序,然后具体介绍了便携式成像检测系统的硬件设计以及软件设计,最后对某TDICCD相机进行了检测试验,处理10 min遥感图像的时间为10 s,系统现已稳定工作时间为3 000 h,实现了对图像数据和辅助数据的全自动判读,对相机的工作异常进行自动报错处理,判读准确、快速,节省了人力并降低了误判率。本文所研制的便携式成像检测系统工作稳定,适合外场实验,可靠性高。     

晶振信号同步GPS信号产生高精度时钟的方法及实现

GPS接收机输出的秒脉冲信号存在较大的随机误差，但不存在累计误差。晶振时钟信号的随机误差较小，但存在较大的累计误差。文中根据GPS时钟信号与晶振时钟信号精度互补的特点，建立了晶振信号同步GPS信号的一元二次回归数学模型，估计出GPS时钟随机误差的统计方差和晶振的累计误差；对晶振时钟进行实时修正，产生高精度时钟，并预测了修正后的时钟精度。高精度时钟发生装置已成功地应用于电力系统暂态变化过程的异地同步记录。     

摄像机图像畸变纠正技术

本文通过对摄像机的畸变原因、简化的摄像机模型的讨论,提出了使用解二元高阶非线性方程组-牛顿叠代法对畸变进行纠正的方法,并给出了具体的算法描述和MATLAB中求解的算法流程图.最后,对该算法的逼近收敛速度进行了测试.测试结果表明,该算法只需通过3～4次逼近算法,收敛误差可小于10-5,能够快速地完成对摄像机畸变的纠正,完全可以满足对摄像机畸变进行纠正的要求.     

基于坐标测量机的双目视觉测距误差分析

本文针对基于坐标测量机的双目视觉方法的测距误差进行了详细的分析 ,误差来源分为 :1 摄像机坐标系与坐标测量机坐标系不正交引起的测距误差 ;2 坐标测量机的机构误差引起的测距误差 ;3 摄像机CCD像面上像元的量化误差引起的测距误差。本文对以上三种误差因素进行讨论 ,给出了相应的误差公式 ,可在实际测量中进一步提高双目视觉方法的测距精度     

基于双目立体视觉的车载发射系统瞄准设计

本文提出一种将双目立体视觉技术应用于车载催泪弹发射系统智能化瞄准的方法。该方法采用了时空结合的处理方式来提取运动目标：在时域内对图像帧进行二次帧差取交集分割出运动区域;在空域上进行直方图分割以缩小运动区域和去除噪声,时空结合并填充运动目标区域,达到了目标与背景较好的分离效果。通过摄像机标定、测距试验、深度计算和误差矫正所得实验数据满足设计要求。     

数字摄像法测量白天能见度算法设计

数字摄像法测量白天大气能见度,常用的方法是双亮度差法,此方法需尽可能保证标准的观测条件,例如两组目标-背景视线方向一致,尽量选择观测反射率低得可以忽略的人工实用黑体目标物等,否则会产生较大的误差。为此设计了一种新的基于数字摄像机的白天能见度算法:拍摄包含合适的目标物和天空背景图像,通过暗原色先验估计透射率,通过调节光圈大小获得散焦图像,把S变换应用到图像处理中,计算视觉距离,可以得出大气消光系数,从而反演出大气能见度值。实验数据表明,该算法在能见度的值在4 000~8 000 m范围内最大误差小于9%,测量结果比双亮度差方法误差减小2.1%~3.4%。     

PTC摄影测量控制系统设计与实现

设计槽式集热器（parabolic trough collector ,PTC）摄影测量控制系统,可以自动完成摄影测量中的图像采集任务。根据系统需求,采用8．5 m×17 m的矩形导轨,作为滑块的搭载平台;采用摩擦轮驱动方式,完成相机在直线上的平移任务;采用由舵机提供动力输出的三轴云台,完成相机在三个维度上的姿态调整;系统控制软件在PC上运行,实现系统调试、站位参数设置与保存以及自动运行的功能。最终,对控制系统的各个部分进行组装,完成PTC摄影测量控制系统的样机设计与制作。系统调试表明,该控制系统满足设计要求,可以完成大型槽式太阳能集热器支架以及面形的图像采集任务。     

基于GPS的电力系统高精度同步时钟

当前电力系统已提出了不少基于高精度时钟的测量与控制技术,但是由于时钟信号的误差过大或稳定性差,这些技术很难在一些对时钟精度和稳定性要求高且关系电力系统经济与稳定运行的重要领域(如电力系统继电保护等领域)中得到实际应用。根据晶振信号同步GPS信号的一元二次回归数学模型,估计GPS时钟随机误差的统计方差和晶振的累计误差,并对晶振时钟进行实时修正,产生基于CPLD的高精度时钟。