天空偏振模式对仿生偏振光定向的影响及实验

针对工程应用中仿生偏振光罗盘易受天气和太阳位置等因素的影响,存在定向精度低、稳定性差等问题,研究了天空偏振模式对偏振光定向的影响机理。建立了含有偏振模型误差的偏振光定向模型,推导了仿生偏振光罗盘的航向角解算方法;然后系统分析了模型误差对偏振光定向精度的影响机理,指出了载体水平角和太阳高度角是决定模型误差影响程度的主要因素;最后设计了静态实验与跑车测试,评估了不同水平角和太阳高度角时,模型误差对偏振光定向精度的影响。结果表明:当太阳高度角hs40°时,偏振光定向误差为0.729°;当40°hs75°时,误差为3.764°;精度明显降低。另外,载体水平角越大,模型误差角对定向精度的影响程度也越显著;载体水平时,定向误差为0.323°,而倾斜后误差增大为1.352°。文中对仿生偏振光定向的影响机理分析为补偿偏振模型误差,实现高精度偏振光定向提供了理论依据。     

用于无人机自主定位的仿生视觉路标获取方法

为了解决无人机自主定位时高鲁棒性路标获取问题,提出一种仿生视觉路标获取方法。首先构建多尺度多方向的Gabor滤波器模拟视皮层简单细胞响应,通过MAX操作实现对简单细胞空间位置和方向的选择,然后对提取出的特征点采用基于分块信息熵的方法选择合理的关键点作为路标用于定位。仿真分析结果表明,提出的特征提取方法能够更好地保留图像局部区域的主要信息,具有较好的尺度不变性、旋转不变性以及抗噪声性能,基于分块信息熵方法选出的关键点作为路标用于无人机自主定位精度也较高。     

天空实时全偏振成像探测器设计与搭建

生物利用天空偏振光进行导航的方式给科研人员很大的启发,越来越多的学者正在进行这方面的研究。精确的天空偏振场图是进行偏振导航的前提条件,为了获取更加准确的天空偏振场图,许多成像式偏振探测装置被开发出来。本文提出了一种新型的实时全偏振一体式成像探测传感器,可以获取全参数Stokes矢量,进而解算出目标的AOP、DOP、LDOP和CDOP等信息。基于C++语言和OpenCV库,采用MFC架构开发了上位机程序,实现了目标偏振信息的实时显示。在最大分辨率下,视频流的刷新率为3frame/s,基本满足了实时探测的需要。对晴朗天气条件下天空偏振场图进行了实际探测,实验过程中探测器性能稳定,天空偏振场图与瑞利散射模型具有较高的一致性,太阳子午线动态识别误差为0.01°~0.23°,初步证明了探测器的可靠性,为后续工作奠定了基础。     

基于偏振光传感器的移动机器人导航实验

根据沙蚁Cataglyphis的导航机理研制了一种检测天空偏振光的导航传感器.为测试传感器室外导航性能,设计了采用传感器输出的航向角控制移动机器人按特定轨迹运动的实验.首先,介绍传感器的结构原理及功能模型,为提高传感器精度,在室内用光学积分球模拟天空偏振光源,用精密转台对传感器输出角度进行补偿,补偿后传感器误差在士0....     

多方向偏振光实时定位样机的设计与搭建

为了提高偏振光导航定位的可靠性和实时性,提出了一种利用多方向偏振光的自主式导航定位方法并搭建了样机。通过样机多方向阵列结构中的偏振光导航传感器实时检测天空多个方向的偏振光信息,并对这些信息进行优选和融合处理,计算得到更加可靠且准确的太阳空间位置。最后根据太阳空间位置,结合时间和地磁场分布信息,计算样机所在位置的经纬度,实现实时定位。基于可视化软件LabVIEW编写样机上位机程序,能够实时采集样机中传感器数据,同步处理计算且实时显示载体地点经纬度,数据更新率可达10Hz。静态测试结果表明,定位样机性能稳定,经度方向上的定位精度为±0.4°,纬度方向上为±1.2°,定位精度较高,可应用于实际导航。     

可见光通信与双目视觉的室内定位

提出一种基于可见光通信与双目视觉测量的高精度室内定位方法,旨在为室内移动机器人提供一种精度高、成本低、不易受干扰的室内定位方案。该方法利用双目视觉传感器对LED光源进行成像测量,利用惯性测量单元传感器记录成像测量的三维姿态角,并通过可见光通信技术获取LED光源的坐标信息,最终计算双目视觉传感器相对于LED光源的三维坐标。根据该方法研制了一款基于可见光通信与成像的定位模块,该模块可以利用单个或两个LED光源进行成像定位。当定位模块采用1280×720分辨率的图像时,在2 m×2 m×3 m室内环境中可实现厘米级移动定位,定位频率大于5 Hz;当利用两个相距60 cm的LED光源进行定位时,在三维方向上的定位误差均小于5 cm,同时能够提供小于1.4°的定向纠正。该方法可以为室内移动机器人提供厘米级定位导航服务。     

偏振导航传感器测角误差分析与补偿

借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法,设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度,研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法,分析了影响偏振测角精度的主要误差因素,建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型,推导了偏振方位角的解算方法,并利用最小二乘算法,通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后,采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明：误差补偿后测角精度得到明显提高,约为0.17°（3σ）。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。     

机器人仿生视觉眼球运动控制机理与验证

正机器人代替人类在地面、水下以及空中进行作业是科技服务人类的典型体现。近年来,机器人应用的领域不断扩大,机器人研究的重点也逐步转向能在未知、复杂、动态环境中独立完成给定任务的自主式移动机器人的研究。机器人在作业时,准确获取和理解环境信息是机器人完成任务的关键。人类感知客观世界80%以上的信息是通过眼睛获得,对机器人而言,眼睛也是一个重要的感知设备。在机器人共性技术研究中,仿生技术日益受到关注,机器人迫切需要类似人眼灵活的机器人视觉系统。随着眼球解剖学和生理神经学的发展,为眼球运动控制建模提供了大量的数据和理论基础。因此,眼球运动神经控制机理的研究及其在机器人视觉系统中的应用成为研究的热点。     

多云天气天空偏振定向方法

为了在多云天气下实现天空偏振定向,提出了一种利用改进的U-Net深度神经网络结合偏振度阈值进行云分割的方法,并基于瑞利散射理论获取太阳方向与体轴夹角实现天空偏振定向.采用包含3个残差结构的Respath模块将U-Net神经网络的编码区与解码区更好的融合,并在下采样时添加MultiBlock模块,使输入图像的特征更好地被...     

基于最小损失函数的三视场天文定位定向

建立了三视场天文定位定向系统,以实现高精度的天文定位定向。阐述了天文定位定向的概念,介绍了三视场天文定位定向系统的工作原理。提出一种基于最小损失函数的天文定位定向算法,该算方法能够同时解算地理位置和载体的方位角信息。根据三视场系统与传统单视场系统的结构特点,从理论上分析了三视场系统的天文定位定向性能及优势。最后,就载体平台倾角测量误差和星敏感器单星测量误差对定位定向的影响进行了仿真分析并基于原理样机进行了外场实验。实验结果表明:该系统的定位精度为151.624 0m,定向精度为4.630 4″,且定位定向结果稳定。得到的结果基本满足高精度天文定位定向的要求。     

室内单目视觉全局定位系统的设计与实现

针对室内定位的准确、稳定、快速的工程需求,设计了一种基于单目摄像头的低成本室内全局定位系统。通过分析摄像头取景框内实际空间关系,采用普通支架摄像头架设方式,提高方案的普适性;为快速获得检测目标,设计了基于RGB图像背景减除的启发式运动目标检测方法。最后借助实验室轮式移动平台进行了实验,结果表明,文章设计的全局定位系统实现了室内运动目标的定位功能,检测到的定位点与移动平台规划路径采样点绝对距离误差小于10.16 cm。     

发动机缸体视觉图像定位方法研究

针对发动机缸体孔系实现在线自动测量的难题,提出了基于视觉图像的发动机缸体定位方法。通过面阵CCD获取发动机缸体定位销孔图像信息,利用图像处理提取定位销孔中心位置,以此建立每个被测缸体的测量基准。使用环形双峰阈值法与中值滤波对图像进行预处理,有效地解决了定位销孔具有倒角影响图像边缘提取精度的问题。为验证此定位方法的准确性与可行性,分别进行了发动机缸体定位孔直径与位置度重复性测量与发动机缸体上表面孔组直径与位置度重复性测量实验。实验结果表明所提出的视觉定位方法稳定可靠,实现了发动机缸体的快速、精确定位,为实现发动机缸体的在线检测打下了可靠基础。     

ADU3600定位定向仪在车载气象仪中的应用

车载气象仪、志愿船自动测报仪以及其它走航式气象观测仪器采用的是单GPS与方位传感器组合来计算真风数据,方位传感器安装不方便,而且容易受到磁场影响而无有效数据输出。文章针对上述问题提出了ADU3600定位定向仪在车载气象仪中的应用。ADU3600定位定向仪安装方便、定向精度高、抗干扰能力强、运行稳定,同时避免了磁场的影响,完全满足车载气象仪的应用要求。     

Microscopic vision based on the adaptive positioning of the camera coordinate frame

Microscopic vision measurement precision has been largely limited by inaccurately calibrated model parameters, because image plane is near parallel to reference plane in the narrow depth of field. This article proposes a method of precise microscopic vision measurement based on the adaptive positioning of the camera coordinate frame. The microscopic vision measurement movably attaches the origin of the camera coordinate frame along the optical axis. By finding the optimal position, the nonlinearity of the objective function in calibration optimization is decreased and the optimization sensitivity to initial values is reduced. Therefore, we obtain a high calibration precision and eventually ensure a high measurement precision. Mathematical simulations illustrate that the calibration precision of the proposed microscopic vision measurement model is higher than that of the conventional vision measurement model. The experiment shows that with magnification of 3.024×, the presented system achieves a precision of 0.12% based on the proposed microscopic vision measurement model, which is two times higher than the one based on the conventional vision measurement model. Microsc. Res. Tech. 75:1281–1291, 2012. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析

针对空间圆（类圆）孔几何量测量,传统视觉测量方法一般采用双目立体模型,基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量,由于传感器成本、体积、重量等的限制,在特殊视觉系统,尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器,提出圆（类圆）孔定位两步法,并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算,在实际测量应用中,z 向测量精度可以优于±0.25mm,x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行,可以满足实际测量需求,极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。     

基于复球面映射的大气偏振模式表征与分析

为了解决理论大气偏振模式二维表征中存在的畸变问题,使理论模型与实测结果之间的对比准确可靠,提出一种基于复球面映射的表征方法.首先根据复球面映射,建立球面与平面之间的投影关系;在此基础上,实现三维理论模型的无畸变二维表征;最后,利用偏振成像系统检测结果与复球面映射理论模型在映射关系上的一致性,对比分析大气偏振模式变化规律.实验结果表明,复球面映射能够实现理论大气偏振模式的无畸变表征,提高理论模型研究分析的准确度.