月球环境感知中的石块识别方法研究

月球环境感知是未来月球车在月球表面自主导航的关键。石块作为月球表面的一种地理特征,将成为月球车行驶的障碍物。该文从获取梯度图像研究出发,提出了基于最小误差分割原理的石块图像分割方法。在获取分割后的二值化图像中,采用了形态学滤波算子进行去噪,然后利用二值图像投影变换,并参考石块底部阴影位置信息,辅助完成对部分场景下的石块识别和定位。     

基于主视图投影的列车障碍物侵限实时感知方法

为提高轨道交通自动驾驶列车的障碍物感知能力,需增加列车对运行场景中障碍物侵限的感知能力。针对目前多传感融合算法对限界分析较少、实时性差、算力要求高的问题,文章提出一种使用相机和激光雷达作为传感器实时感知侵限障碍物的方法。该方法基于主视图（front view, FV）二维投影平面进行信息融合,通过离线联合标定获得投影矩阵,将激光雷达点云投影到FV平面,从相机图像中提取轨道计算限界;并使用点云预测修正传感器同步误差,根据投影的障碍物点云和限界做出侵限判断。通过在列车上安装传感器和感知系统进行了数据采集和实验验证,结果显示,本方法能够在低功耗嵌入式设备中运行,算法平均耗时16.2 ms;可以实时检测列车运行时前方障碍物是否侵限,并同时获得障碍物的位置和尺寸信息。     

基于二维类间方差多门限阈值分割的石块识别方法

月球环境感知是未来月球车在月球表面自主导航的关键。石块作为月球表面的一种地理特征,将成为月球车行驶的障碍物。文章从模式识别的分类理论出发,提出了改进的二维类间方差的多门限阈值石块分割方法。在获取分割图像后,利用石块底部阴影信息和原始图像的灰度直方图分布特征,将分割图像二值化。然后,结合形态学滤波算法和二值图像投影变换,实现了对部分场景下的石块识别和定位。     

除冰机器人的多传感器融合障碍测距方法研究

障碍物测距是高压输电线路自主除冰机器人的关键技术之一。针对220 kV输电线路除冰机器人的结构特点,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的障碍物距离信息融合检测方法。首先根据障碍物分布情况设计了除冰机器人多传感器检测系统的结构,建立了障碍物信息融合系统模型。然后根据障碍物信息状态模型的非线性特点,对传感器获取的异步测量数据进行同步处理,再应用改进的扩展卡尔曼滤波对多传感器信息进行滤波和融合,并与单个传感器的结果相比较,实验结果研究表明：该方法能有效地融合不同传感器的信息,具有更高的测距精度和更快的收敛速度。     

基于数据融合的铁路沿线落石监测及预警系统设计

提出基于雷达数据与视频数据相融合下的铁路沿线落石监测及预警系统。系统利用激光雷达的点云空间位置坐标,结合目标识别、入侵监测、激光雷达融合识别算法等分析技术,对监测区域的障碍物情况进行综合分析,及时、准确地发出预警和报警信息,并启动紧急处置预案,避免线路障碍物对行车安全造成影响。     

除冰机器人的多传感器高效融合障碍测距方法研究

障碍物测距是高压输电线路自主除冰机器人的关键技术之一;针对220 kV输电线路除冰机器人的结构特点,提出了一种基于障碍物距离信息融合检测方法;首先根据障碍物分布情况设计了除冰机器人多传感器检测系统的结构,建立了障碍物信息融合系统模型.然后根据障碍物信息状态模型的非线性特点,对传感器获取的异步测量数据进行同步处理,再应用改进的多传感器信息进行滤波和融合,并与单个传感器的结果相比较,实验结果研究表明:该方法能有效地融合不同传感器的信息,具有更高的测距精度和更快的收敛速度.     

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。     

基于梯形棋盘格的摄像机和激光雷达标定方法

针对无人车（UGV）自主跟随目标车辆检测过程中需要对激光雷达（LiDAR）数据和摄像机图像进行信息融合的问题,提出了一种基于梯形棋盘格标定板对激光雷达和摄像机进行联合标定的方法。首先,利用激光雷达在梯形标定板上的扫描信息,获取激光雷达安装的俯仰角和安装高度;然后,通过梯形标定板上的黑白棋盘格标定出摄像机相对于车体的外参数;其次,结合激光雷达数据点与图像像素坐标之间的对应关系,对两个传感器进行联合标定;最后,综合激光雷达和摄像机的标定结果,对激光雷达数据和摄像机图像进行了像素级的数据融合。该方法只要让梯形标定板放置在车体前方,采集一次图像和激光雷达数据就可以满足整个标定过程,实现两种类型传感器的标定。实验结果表明,该标定方法的平均位置偏差为3.5691 pixel,折算精度为13 μm,标定精度高。同时从激光雷达数据和视觉图像融合的效果来看,所提方法有效地完成激光雷达与摄像机的空间对准,融合效果好,对运动中的物体体现出了强鲁棒性。     

基于多激光雷达与组合特征的非结构化环境负障碍物检测

针对非结构化环境下自主式地面车辆(ALV)的负障碍物检测问题,提出一种基于多激光雷达与组合特征的方法.首先,设计了一种具有互补能力的多激光雷达安装方式.其次,提出了基于幅向局部凸性和后沿壁局部密集特征的64线雷达负障碍物特征点对检测方法,以及基于径向距离跳变和后沿壁局部密集特征的32线雷达负障碍物特征点对检测方法.进而从负障碍物的时空融合角度,采用贝叶斯法则对多传感器多帧特征点对进行融合,然后采用DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)对融合后的特征点对进行聚类与过滤.最后对数据进行栅格化,提取负障碍物栅格.实验结果表明,本方法在非结构化复杂地形环境下具有良好的负障碍物检测性能.     

果蝇算法和改进D-S证据理论的四轴飞行器障碍辨识

针对四轴飞行器对障碍辨识效果差,精度低的问题,研究了四轴飞行器障碍辨识的方法. 采用超声波传感器、红外测距传感器以及激光雷达传感器的多传感器信息融合的方法, 通过果蝇算法对传感器原始数据证据权进行优化,得到最优权值,按照各个传感器的最优权值,采用改进的D-S证据理论算法对多传感器的数据进行融合, 提高四轴飞行器的障碍辨识精度. 通过分别对单一传感器以及和其他数据融合算法实验对比,研究结果表明: 在相同条件下,本文提出的方法对障碍物的识别准确率更高,对障碍物的响应更加迅速.     

月球表面微波主被动遥感的建模模拟与反演

探测月球和其它外星球是我国空间遥感与深空探测的又一轮新课题。研究地球遥感中星载被动遥感辐射计、主动遥感高分辨率合成孔径雷达等如何应用于月球和其它外星球的探测是一项十分有意义的工作。了解月球表层的月壤与月岩的物质状态及其分布,对于月球资源的科学认识、以及未来月球探测、登月与月球开发,以及其它外星球探测均具有十分重要的意义。先讨论微波被动遥感月球表面辐射的模拟和由微波辐射反演月壤厚度。由月球表面数字高程和月壤厚度实测点数据建立月球表面高度与月壤厚度的一种对应关系,构造整个月球表面月壤厚度的试验性分布。根据克莱门汀的紫外可见光光学数据,计算整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出整个月球表面月壤介电常数分布。由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式。在这些条件基础上,建立月尘、月壤、月岩3层微波热辐射模型。由起伏逸散定理,模拟计算月壤低耗散介质层多通道辐射亮度温度。以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按3层模型提出月壤层厚度反演方法。由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度。并以此为已知参数,由穿透深度较大的低频通道的辐射亮度温度反演月壤层厚度,对于反演的相对误差也进行了讨论。在研究微波主动遥感方面,提出低空飞行全极化L波段雷达窄脉冲探测月壤层厚与层结构的建议。此时采用一层具有上下随机粗糙界面的有耗 介质层月壤层模型,在下垫月岩粗糙界面上有一层随机分布的碎石散射体。推导了包含面散射、体散射,以及面体相互作用7种散射机制的全极化脉冲波Mueller矩阵解。以月壤特征参数(月壤层厚、FeO+TiO2金属含量、介电常数,界面粗糙度、碎石分布等)为函数,用时域Mueller矩阵解数值模拟来验证方法可行性。L波段窄脉冲极化回波波形能用于反演或估算月壤厚度与分层结构。     

基于单目CCD摄像机的三维点云数据重建研究

提出一种基于单目CCD摄像机反求系统的三维数据的获取方法熏首先对单目CCD摄像机拍摄的单幅图像进行滤波、细化等手段处理得到单像素宽度的激光条纹熏通过摄像机标定和激光投影平面标定建立激光条纹上的像素点与空间上的三维点之间一一对应的函数映射,获取物体的外轮廓信息。通过试验分析证明其可行性。     

移动机器人扩展卡尔曼滤波定位与传感器误差建模

针对里程计在定位过程中存在累积误差的问题,建立了一种通用的移动机器人里程计误差模型,对里程计误差进行实时反馈补偿.在利用激光雷达进行环境特征提取过程中,根据激光雷达原始数据存在的误差,建立了激光雷达的观测误差模型,并根据环境特征和机器人的相对位置关系,建立了移动机器人观测模型.最后,结合里程计和激光雷达误差模型,利用扩展卡尔曼滤波(EKF)实现了基于环境特征跟踪的移动机器人定位.实验结果验证了里程计和激光雷达误差模型的引入,在增加较短定位时间的情况下,可以有效地提高移动机器人的定位精度.     

基于单张影像的月面三维仿真

根据阴影恢复形状原理,提出一种基于单张影像的快速月面三维建模和光照模拟方法。利用单张2D影像中残留的3D线索——灰度信息,通过SFS方法对月面三维形貌进行快速重建,采用改进的Hapke光照模型对重建后的三维形貌进行渲染。实验结果证明,在精度允许范围内,该方法能快速地实现对月面三维形貌的提取和仿真。     

Machine vision system for curved surface inspection

This application-oriented paper discusses a non-contact 3D range data measurement system to improve the performance of the existing 2D herring roe grading system. The existing system uses a single CCD camera with unstructured halogen lighting to acquire and analyze the shape of the 2D shape of the herring roe for size and deformity grading. Our system will act as an additional system module, which can be integrated into the existing 2D grading system, providing the additional third dimension to detect deformities in the herring roe, which were not detected in the 2D analysis. Furthermore, the additional surface depth data will increase the accuracy of the weight information used in the existing grading system. In the proposed system, multiple laser light stripes are projected into the herring roe and the single B/W CCD camera records the image of the scene. The distortion in the projected line pattern is due to the surface curvature and orientation. Utilizing the linear relation between the projected line distortion and surface depth, the range data was recovered from a single camera image. The measurement technique is described and the depth information is obtained through four steps: (1) image capture, (2) stripe extraction, (3) stripe coding, (4) triangulation, and system calibration. Then, this depth information can be converted into the curvature and orientation of the shape for deformity inspection, and also used for the weight estimation. Preliminary results are included to show the feasibility and performance of our measurement technique. The accuracy and reliability of the computerized herring roe grading system can be greatly improved by integrating this system into existing system in the future.     

Information support of low-altitude flight safety

Theoretical analysis of the capabilities of information support of a low-altitude flight using a mmrange radar station and a laser location system with a radiation wavelength of 1.54 μm is carried out. For simple meteorological conditions, the advantages of the laser location system both from the point of view of minimization of the safe flight altitude and the probability of detection of various obstacles, including objects of the type of cables, bracings, wires, and so on, are demonstrated. The results of simulation and experimental investigations on detection of cables using the laser locator are presented.     

边缘检测在异面直线夹角视觉检测中的应用

应用机器视觉技术测量空间两条异面直线的夹角。建立起测量的公共基准后,用2只CCD独立地拍摄两根轴线与基准夹角图像。将采集到的图像分割为二值图像后,采用不同的边缘检测算子处理,分析结果,以边缘检测的准确性和稳定性为依据,结果表明：Roberts算子定位精度高,计算速度快,可以快速准确地提取目标轮廓。     

月球卫星CE-1三线阵影像数据的解算试验

利用"嫦娥一号"卫星上搭载的CCD立体相机获取的月面三线阵影像数据,再配合激光高度计(LAM)数据,经过摄影测量解算可以制作月面数字高程模型(DEM)和数字正射影像图(DOM)。本文采用两种方法对月球卫星CE-1三线阵影像数据进行了月面点坐标的解算试验,方法一是根据测控给出的外方位元素直接解算,方法二是对影像上提取的像点进行区域网平差解算,根据两种方法的解算结果,比较了各方法的精度,达到了预期目的。     

SAR imaging simulation for an inhomogeneous undulated lunar surface based on triangulated irregular network

Based on the statistics of the lunar cratered terrain, e.g., population, dimension and shape of craters, the terrain feature of cratered lunar surface is numerically generated. According to the inhomogeneous distribution of the lunar surface slope, the triangulated irregular network (TIN) is employed to make the digital elevation of lunar surface model. The Kirchhoff approximation of surface scattering is then applied to simulation of lunar surface scattering. The synthetic aperture radar (SAR) image for comprehensive cratered lunar surface is numerically generated using back projection (BP) algorithm of SAR imaging. Making use of the digital elevation and Clementine UVVIS data at Apollo 15 landing site as the ground truth, an SAR image at Apollo 15 landing site is simulated. The image simulation is verified using real SAR image and echoes statistics. Supported by the National Matural Science Foundation of China (Grant No. 40637033)     

一种适用于VFGPIR序列图像的距离多视新方法

车载前视地表穿透成像雷达(VFGPIR)探测系统获取的单帧图像中浅埋小目标的信噪比(SNR)通常较低,导致单帧图像的检测性能很差.利用VFGPIR系统可在不同观测位置对空间同一区域进行多次成像的特点,提出一种基于VFGPIR序列图像的非相干距离多视处理方法,通过距离子带分割和迭代操作实现在线多视处理,并推导了多视图像和单视图像检测概率、虚警概率与SNR之间的关系以及确定多视视数的公式.实测数据处理结果表明:非相干距离多视处理可明显增加目标SNR,很好地抑制相干斑噪声.该方法在明显改善图像质量、提高检测性能的同时,降低计算量.