基于特征匹配的着陆导航敏感器相对校准算法

在光学辅助惯性导航系统中,观测信息的最优融合依赖于相机与惯性测量单元六自由度转换的精确校准。针对火星软着陆自主导航中的测量信息最优融合问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波的导航敏感器相对位姿校准算法。该算法仅利用火星表面可获取的路标特征点信息,不借助额外的测量设备,对相机与惯性测量单元相对位姿进行精确的校准,同时,能够估计着陆器的位置、速度和姿态。考虑到着陆器机动和火星自旋的影响,建立了宽视场相机及惯性测量单元的高精度测量模型。最后通过数学仿真对所提出的校准算法的可行性和有效性进行了验证。     

基于EKF的脉冲星导航在转移轨道的应用

为提高深空探测器在转移轨道的自主导航能力,提出了一种基于EKF的X射线脉冲星自主导航定位系统.以X射线探测器获得的脉冲到达时间为量测量,以深空探测器轨道动力学模型为状态方程,利用扩展卡尔曼滤波算法进行状态估计.以美国火星探路者任务深空转移段为例进行了仿真实验,仿真结果表明了该方法的可行性与有效性,能够完成深空探测器转移段的自主导航任务.     

考虑圆形特征边缘模糊和偏心误差修正的高精度相机标定方法

针对立体视觉系统采用圆形特征点标定时存在的空间圆形投影边缘模糊和偏心现象问题,利用改进Zernike矩和偏心误差修正进行圆心的高精度定位,以此提高相机参数的标定精度。首先考虑了由于立体视觉成像系统的标定场景光照强度不均匀引起的圆形特征投影图像边缘模糊的问题,引入高斯误差函数对边缘过渡段的灰度分布进行描述,建立了高斯边缘模型,并基于该模型计算投影图像的Zernike矩,然后利用改进Zernike矩实现高精度的圆形特征投影边缘像素坐标定位。此外,分析了影响圆形特征中心投影点和拟合圆心间偏差大小的因素,基于该分析对迭代拟合圆心进行偏差补偿使之逼近真实的圆心投影,最后通过所提算法对99圆形标志点进行圆心坐标提取并用于相机参数的标定。仿真实验表明,文中算法对投影图像边缘定位的精度以及圆心拟合的精度均高于传统的算法;实测实验中,基于圆心高精度坐标得到的相机标定参数对标准杆进行三维重建,长度测量精度比传统算法提高了30%。     

探测器着陆小天体的自主光学导航研究

提出了一种用于探测器着陆小天体的自主光学导航方案.该方案利用探测器上的光学导航相机和激光测距仪,分别测量三个预先选定特征点的图像坐标和探测器到特征点的距离,由此得出探测器的相对位置,并利用广义卡尔曼滤波实时确定探测器的轨道.最后,通过数学仿真验证了这种自主光学导航方案的可行性,并在敏感器测量精度一定的情况下,通过仿真分析了小天体模型误差对导航精度的影响.     

基于PCA的相机响应函数模型标定算法

许多计算机视觉应用的算法都需要对拍摄场景高动态范围的幅亮度信息进行精确的测量,成像系统的相机响应函数能够建立拍摄图像强度信息与场景辐亮度之间的严格映射关系,是高动态范围图像融合的关键技术。文中分析相机响应曲线的共同特点,结合相机响应函数固有的约束条件,建立相机响应函数的理论空间模型。首先,利用主成分分析法对已有的相机响应数据库进行分析,结合相机响应函数的约束条件建立响应函数的低参数经验模型;然后,根据输入图像选择合适的参数数量;最后,利用不同曝光量的输入图像通过最小二乘法求解建立响应函数模型的系数,从而对相机响应函数进行标定。该算法能够通过对少量的采样点进行插值获得精确的相机响应函数,同时能够对任意的场景通过拍摄多曝光量图像精确地标定相机响应函数。通过对实际拍摄的图像进行相机响应函数标定实验,验证了该算法的有效性,并证明该算法保持高精度的同时计算效率也较高。     

弹载组合导航算法仿真实现

本文阐述了基于高旋类弹载组合导航系统的功能和精度仿真,该仿真系统利用实弹惯性测量单元数据及卫星导航数据进行算法融合,从而实现空中动态初始对准及姿态位置解算功能.本算法中主要应用了EKF(扩展卡尔曼滤波)技术融合GPS数据和IMU(惯性测量单元)完成初始对准和航姿解算功能,经过算法仿真论证,本算法可以实现弹载体的航姿和位...     

多视场星敏感器近地轨道自主定位导航方法

传统航天器自主天文导航需要星敏感器、红外地平仪、磁强计等多种敏感器采集导航数据,增加了航天器的成本和复杂度。利用多视场星敏感器的特点,分别对恒星与地球进行成像,在完成姿态测量的同时,得到地心矢量信息,从而进行自主天文导航。首先建立地球几何模型,结合航天器轨道参数与多视场星敏感器的安装布局,实现各个视场内地球边缘的成像模拟,使用Steger 算法提取地球边缘。综合考虑地球扁率的影响,对不同视场中观测到的地球边缘进行拟合得到精确地心矢量,最后进行基于星光角距的直接敏感地平导航仿真。仿真结果表明,在一个视场观测恒星,另外两个视场观测地球边缘的布局情况下,地心矢量精度和导航位置精度分别达到0.017 2（1）和190 m（1）。     

Radon变换和全变分相融合的图像复原算法

图像复原的核心是点扩散函数的估计和直接去卷积算法,针对拍照过程中,相机和被拍摄物体由于相对运动而导致的图像退化问题,提出一种基于Radon变换和全变分相融合的图像复原算法。首先利用radon变换对图像退化模型参数进行估计,然后采用全变分算法复原退化图像,最后在Matlab 2012平台进行仿真实验对算法的性能检验。仿真结果表明,相对于其它图像复原算法,本文算法可以准确估计退化模型参数,获得了更加理想的图像复原效果,具有一定的实际利用价值。     

一种基于形态学梯度的多聚焦图像融合方法

多聚焦图像融合作为信息融合的一个重要分支，广泛应用于计算机视觉、医学诊断、数字成像等领域。文中针对现有融合算法存在融合图像易出现“块效应”等问题，提出了一种基于形态学梯度的多聚焦图像融合方法。该算法首先对源图像进行形态学梯度测量得到对应的得分矩阵，然后对得分矩阵进行四叉树分解得到初始分割图。进而利用形态学滤波和小区域滤波，除去边缘信息和小洞得到期望的决策图。实验测试表明，文中提出算法相对于现有的算法在结构相似度、峰值信噪比等定量指标上皆有较好的表现。     

地球静止轨道凝视红外相机抖动引起杂波研究

对于地球静止轨道凝视红外相机，相机视线抖动引起的杂波是背景特征、相机参数、相机视线抖动特性和背景抑制算法等因素综合影响的结果。为了定量化评估视线抖动引起杂波的强度，综合考虑抖动频谱、探测器积分时间、帧周期和帧间差分背景抑制算法这几项时间相关因素，将它们合并为与背景无关的抖动等效角，建立了抖动等效角与背景辐射强度梯度统计量相乘形式的抖动引起杂波模型。基于相机视线抖动特性地面测量实验，分析了制冷机和动量轮引起的相机视线抖动频谱，对视线抖动引起的杂波进行了仿真模拟和模型计算，验证了理论模型。结果显示，所建立的抖动引起杂波模型计算结果与仿真模拟结果的相对偏差小于15%，具有较好的通用性和高效性，适用于相机设计的迭代优化。     

无人机视觉导航算法

为保证无人机着陆精度和安全性,提出了一种无人机自主着陆视觉导航位姿解算方法。首先对机载相机进行标定,获取相机参数;然后综合考虑地标形状和尺寸、地标角点几何分布和角点数量对位姿估计精度的影响,设计了T型着陆地标形状和尺寸参数,将地标轮廓提取和角点检测算法相结合,得到几何分布好、数量适中的8个角点用于位姿解算,保证了位姿解算精度;为减少LK （Lucas-Kanade）光流法稳定跟踪地标的处理时间,直接将提取的这8个角点作为LK光流法检测和跟踪的输入,保证了算法实时性;最后利用三维空间到二维像平面投影关系对飞行位姿参数进行实时解算。实验结果表明:算法具有较高估计精度,算法平均周期为76.756 ms （约13帧/s）,在速度较低的着陆阶段基本满足自主着陆视觉导航的实时性要求。     

基于单目视觉的道路自主导航模型车

本文利用自行开发的多DSP的视频图像处理板和微型CCD摄像头,设计并研制出自主式的道路行进模型车。该模型车采用前视单目视觉导航原理,利用图像边缘检测技术实时地识别前视道路视频图像,尤其能自动控制模型车的速度级别,最终完成道路行进中的自主导航。实验结果表明模型车达到了设计预期的效果。     

Hybrid estimation of navigation parameters from aerial imagesequence

This work presents a hybrid method for navigation parameter estimation using sequential aerial images, where navigation parameters represent the position and velocity information of an aircraft for autonomous navigation. The proposed hybrid system is composed of two parts: relative position estimation and absolute position estimation. Computer simulation with two different sets of real aerial image sequences shows the effectiveness of the proposed hybrid parameter estimation algorithm.     

A portable image overlay projection device for computer-aided open liver surgery

Image overlay projection is a form of augmented reality that allows surgeons to view underlying anatomical structures directly on the patient surface. It improves intuitiveness of computer-aided surgery by removing the need for sight diversion between the patient and a display screen and has been reported to assist in 3-D understanding of anatomical structures and the identification of target and critical structures. Challenges in the development of image overlay technologies for surgery remain in the projection setup. Calibration, patient registration, view direction, and projection obstruction remain unsolved limitations to image overlay techniques. In this paper, we propose a novel, portable, and handheld-navigated image overlay device based on miniature laser projection technology that allows images of 3-D patient-specific models to be projected directly onto the organ surface intraoperatively without the need for intrusive hardware around the surgical site. The device can be integrated into a navigation system, thereby exploiting existing patient registration and model generation solutions. The position of the device is tracked by the navigation system's position sensor and used to project geometrically correct images from any position within the workspace of the navigation system. The projector was calibrated using modified camera calibration techniques and images for projection are rendered using a virtual camera defined by the projectors extrinsic parameters. Verification of the device's projection accuracy concluded a mean projection error of 1.3 mm. Visibility testing of the projection performed on pig liver tissue found the device suitable for the display of anatomical structures on the organ surface. The feasibility of use within the surgical workflow was assessed during open liver surgery. We show that the device could be quickly and unobtrusively deployed within the sterile environment.     

基于AprilTag二维码的无人机着陆引导方法

计算机视觉导航技术具有精度高、不受电子干扰,成本低等特点,被誉为未来无人机自主定位的必备手段之一.作为新的定位手段,我们需要在实验室搭建仿真平台来进行大量的模拟训练.将虚拟现实、可视化技术与计算视觉导航算法紧密结合起来,开发了一种基于虚拟仿真环境的无人机视觉自主定位仿真验证系统.在场景中构建虚拟摄像机、棋盘格以及合作二维码标签,在虚拟场景中进行相机标定,并用标定得到的内参解算得到基于标签定位的位置参数,实时计算和输出位置参数.实验结果表明:该仿真系统可以对场景中虚拟相机进行准确标定得到虚拟摄像机的内参,解算定位参数误差在0.2m以内,满足无人机自主飞行以及降落的精度要求,并具备良好的用户显控界面,验证了基于视觉无人机自主定位算法的可行性.     

A Big-data Inspired Precision Improvement Algorithm for Autonomous Navigation Based on Period Variable Stars

Periodic variable navigation can realize the integration of positioning, attitude determination, timing and other functions. As a novel autonomous navigation method, autonomous management and autonomous operation of spacecraft are the main direction of great significance to reduce the burden of ground measurement and control, to improve the viability of spacecraft, While, the precision of the navigation is very critical for the use of periodic variable navigation for the long range spacecraft. So, we propose a big-data inspired precision improvement algorithm in this paper. Period variable star phase time measurement is used as observation information, and accomplished by the orbital dynamics equation of spacecraft motion. According to the gathering of the sampling data and the sensor data, a self-learning system is trained with the parameters from the nonlinear filtering methods. Based on the Unscented Kalman Filtering, an autonomous navigation algorithm of period variable star is established to realize the navigation and positioning of spacecraft. Under the measurement conditions of a single sampling interval of 0.01s and the measurement precision of period variable star phase observation time of 10^??5s, It can be find that the navigation position determination precision can reach 400m, the speed determination precision can reach 0.3m/s, and the measurement precision can reach 10^??5s with our proposed algorithm.

     

基于FPGA的深空图像实时边缘检测算法与实现

航天器的导航控制是深空探索的重要关键技术之一。随着探索距离越来越远,传统地面站控制的局限性越发明显,因此航天器自主导航成为深空探索的发展方向。边缘检测是光学自主导航系统中定位天体目标的关键算法之一,为了满足星载计算机计算的实时性要求,文中提出了一种优化的Canny边缘检测算法和FPGA电路架构来优化Canny边缘检测算法中的非极大值抑制并采用动态单阈值,使其能够以较少的资源占用在FPGA上以流水线架构实现。该方法在保证边缘提取精度地前提下满足光学自主导航实时性的要求,对复杂的星体目标也具有较好的鲁棒性。