超声图像导航微创手术机器人系统的设计

针对前列腺癌发病率高、手术稳定性差以及放射性粒子辐射等问题,提出了超声图像导航微创手术机器人系统。该系统主要由超声波图像导航、手术机器人和空间定位装置3个模块构成。首先,确定了机器人自由度分配与各关节工作范围,推导出机器人工作空间。其次对机器人不同位姿下的关键零部件进行力学分析。最后通过激光追踪仪精度测试实验,验证了系统中电磁定位仪和机器人机械精度,并进行了误差补偿。实验结果表明,该系统的误差小于1 mm,满足前列腺癌近距离粒子放射性治疗手术的需求。     

基于极线校正的快速相位立体匹配

基于双目结构的投影栅相位法利用相位值建立左右图像对应点匹配关系,但传统相位立体匹配方法匹配速度较慢,因此本文提出了一种基于极线校正的相位立体匹配方法来提高相位立体匹配速度。首先,通过极线校正算法将双目立体视觉几何结构转换成极线标准几何结构,即左图中任意一点在右图的极线是与该点纵坐标相同的水平直线。然后,在对左右相位图进行极线校正的基础上,给出了改进的相位立体匹配方法步骤。最后,通过对实物进行三维重建,分析比较了传统相位立体匹配方法与改进方法的性能。实验结果表明,与传统方法相比,改进的方法将匹配时间缩短了63%,能够满足工业应用对测量速度的要求。     

基于双目视觉的移动机器人障碍物检测研究

针对移动机器人立体视觉障碍检测的两个难点:匹配精度以及匹配算法的实时性问题,提出了一种基于图像分割和立体视觉相结合的障碍物检测方法.通过分割提取出了障碍物的大致形体并滤去地面上的冗余信息,这样就把立体视觉避障中匹配区域缩小到有用的障碍物区域中,提高了匹配速度和精度.同时,采用德州仪器的DSP-TMSDM642实现了该算法在移动机器人上的嵌入式实现.实验结果表明了该方法能够在室内环境下较好地分割出障碍物目标大致区域,计算出障碍物特征点的三维信息精度高,具有较强的自适应性.     

基于立体匹配技术的X射线分层成像方法研究

针对安检领域中行李箱内多层物体在二维透视图像中相互重叠,导致物体之间的形状不清晰、不易辨认和存在盲区等问题,提出了一种基于立体匹配技术的分层成像方法.该方法利用双目立体视觉原理,结合双角度投影的灰度信息对投影图像由外向内进行分割,并对分割结果基于相似属性进行匹配,结合视差进行分层重建.最后利用视差原理重建出不同深度的物体,实现了对不同深度物体的识别.经实验验证,该方法有效地消除了视图中的重叠现象,提高了对物体的识别准确率.     

车载组合导航定位系统中传感器参数的实时校正

文中通过组合航位推算、ＧＰＳ定位信号和地图匹配算法,提出了用于车载组合导航系统传感器参数的实时校正算法,利用精确的际图道路和ＧＰＳ／ＤＲ组合后定位轨迹的相似性进行地图匹配。从而修正传感器的参数。解决了车载导航系统中传感器参数的漂移和误差积累问题。     

基于图像校正与灰度相关性的立体匹配算法研究

立体匹配是双目视觉系统中必不可少的环节,对特征点进行匹配求解过程复杂,而且误匹配率较高。外极线约束为立体匹配提供了便利条件,但由于实际系统中的外极线是弯曲的,使得沿外极线进行同名点搜索不仅非常耗时,而且计算过程受噪声影响大。给出一种基于图像校正与灰度相关性的立体匹配算法。首先采用图像校正方法将弯曲的外极线变为相互平行的水平外极线,简化了外极线的求取过程;再利用灰度相关性算法对同名点进行匹配。实验结果验证了本文方法的准确性和稳定性。     

基于极线距离变换的人脸立体匹配算法

针对人脸立体匹配中低纹理区域的误匹配率较高的问题,将极线距离变换应用到人脸立体匹配当中。这种变换将图像中像素点的灰度值转化为极线方向上相应区域的位置,使得在低纹理区域中灰度值相似的像素点变得容易区分。因此可以用于提高立体匹配算法在低纹理区域的匹配精度。但是在应用到人脸立体匹配过程中会出现高纹理区域的鲁棒性和精度下降的问题,通过对不同极线长度的极线距离变换结果提取有利的部分进行匹配来解决这一问题。实验结果表明,采用改进后的方法,在人脸的低纹理区域仍然能获得较高的匹配精度,并且降低了计算的复杂度,同时对于人脸中的高纹理区域具有较好的鲁棒性。     

一种基于投影校正的在机工件三维重构方法

提出了一种新的基于投影校正的移动式单目视觉三维重构方法。在投影校正后的立体图像对平面上,所有极线相互平行且处于水平方向,共轭极线位于同一条水平线上,使单目摄像机在移动前后的两个位置拍摄的图像的对应点匹配搜索从二维平面降至一维水平线,为图像匹配提供了极为有利的约束条件。采用该投影校正的方法对铣床上的工件进行了三维重构,证明了该方法的有效性。     

应用深度相机的手术导航注册算法研究

手术导航注册是实现手术导航、器械跟踪的关键技术。提出了一种基于深度相机的手术导航注册算法,结合点云配准的相关原理,构建PCA点云坐标系,提高了粗点云配准的速度,结合CPD精配准算法,完成手术导航注册,通过实验验证了该方法的有效性。     

基于图像暗区自转方位的双半球胶囊机器人导航方法

为了实现双半球型胶囊机器人在肠道内转弯行走,提出了一种基于无线传输图像暗区自转方位的胶囊导航方法,该方法利用一种机械式铅垂角度传感器获取胶囊摄像头绕胶囊机器人轴线的自转角度;然后通过一种基于改进的BAT算法与改进的二维OTSU算法相融合的暗区质心识别计算方法提取肠道图像暗区质心,该算法一定程度上克服了肠道内壁灰度值不均匀和肠壁存在褶皱所造成的质心识别干扰;最后结合胶囊摄像头绕机器人轴线的自转角度和图像暗区质心实现对胶囊机器人的导航。     

基于光纤陀螺的组合导航系统中双DSP通信研究

以双DSP为核心的SINS/GPS组合导航系统中,双DSP的通信设计是非常重要且不可回避的问题。针对基于光纤陀螺的组合导航系统中既要快速处理大量实时数据又要同GPS进行组合反馈并修正导航信息的情况,文中分析了两种双TMS320C6747芯片通信方案的设计思路和它们的优缺点,并根据系统的特点和具体情况,最终选择了利用McASP串口的通信方案,实现了双DSP的无缝连接。该方案硬件电路简单易于实现,占用DSP资源少,完全适用于基于光纤陀螺组合导航系统这样数据交换密集但数据量小的场合。     

Development of a Robotic System which Assists Unmanned Production Based on Cooperation between Off-Line Robots and On-line Robots. Part 3. 1 Development of an Off-Line Robot, Autonomous Navigation, and Detection of Faulty Workpieces in a Vibrating Parts Feeder

Remarkable advances in robotics and intelligent technology have made unmanned production realisable. Based on the off-line robot concept proposed in our first paper, an off-line robot and peripheral devices have been developed for the realisation of unmanned production. The developed robot has a power-wheeled steering (PWS) type mobile platform on which a double-arm manipulator is installed. In order to detect and recognise 3D objects, double CCD cameras are mounted on the top of the robot. Two types of robot end-effectors are developed to handle workpieces and conduct trouble shooting actions. A newly developed production trouble simulator is very useful in simulating and resolving production troubles. A virtual pilot plant for production composed of the off-line robot, two on-line robots, a vibrating bowl feeder, a belt conveyor and a production trouble simulator has been constructed and tests for production simulation have been undertaken. In this paper, autonomous navigation of the developed robot in the virtual pilot plant is investigated. Then a search for faulty parts in a parts feeder using the developed real-time image extraction method is carried out.