结合改进密集模块深度估计网络和多视几何的视觉里程计

以多视图几何原理为基础,有效结合卷积神经网络进行图像深度估计和匹配筛选,构造无监督单目视觉里程计方法.针对主流深度估计网络易丢失图像浅层特征的问题,构造一种基于改进密集模块的深度估计网络,有效地聚合浅层特征,提升图像深度估计精度.里程计利用深度估计网络精确预测单目图像深度,利用光流网络获得双向光流,通过前后光流一致性原则筛选高质量匹配.利用多视图几何原理和优化方式求解获得初始位姿和计算深度,并通过特定的尺度对齐原则得到全局尺度一致的6自由度位姿.同时,为了提高网络对场景细节和弱纹理区域的学习能力,将基于特征图合成的特征度量损失结合到网络损失函数中.在KITTI Odometry数据集上进行实验验证,不同阈值下的深度估计取得了85.9%、95.8%、97.2%的准确率.在09和10序列上进行里程计评估,绝对轨迹误差在0.007 m.实验结果验证了所提出方法的有效性和准确性,表明其在深度估计和视觉里程计任务上的性能优于现有方法.     

基于时空双流卷积和长短期记忆网络的松耦合视觉惯性里程计

传统的松耦合视觉惯性里程计需要标定噪声和偏置等参数,而端到端学习的方法耦合性高、普适性低．因此,本文提出了一种由长短期记忆网络融合的端到端松耦合视觉惯性里程计EE-LCVIO(End-to-End Loosely Coupled Visual-Inertial Odometry)．首先,在相机位姿和IMU融合部分,构建了一个时序缓存器和由一维卷积神经网络和长短期记忆网络相结合的融合网络;其次,为了解决现有单目深度视觉里程计难以利用长序列时域信息的问题,通过使用相邻图像对和帧间密集光流作为输入,设计了一种基于时空双流卷积的视觉里程计TSVO(Visual Odometry with Spatial-Temporal Two-Stream Networks)．与DeepVO最多只能利用5帧图像信息相比,本文提出的视觉里程计可以利用连续10帧图像的时序信息．在KITTI和EUROC数据集上的定性和定量实验表明,TSVO在平移和旋转方面超过了DeepVO的44.6%和43.3%,同时,在传感器数据没有紧密同步的情况下,本文的视觉惯性里程计EE-LCVIO优于传统单目OKVIS(Open Key...     

道路环境下动态特征视觉里程计研究

针对道路环境下移动车辆导航和定位的问题,提出了一种基于道路环境动态语义特征的单目视觉里程计。设计了一个自监督的卷积神经网络,对单目连续图像建模,直接预测深度图和位姿向量,不再依赖人工设计的特征点。针对道路环境下动态物体破坏光度一致性的问题,提出利用语义先验信息提高视觉里程计精度。设计两个全连接层分别估计旋转和平移向量。实验结果表明,该方法得到了与传统视觉里程计比肩的精度,并且在道路环境下具有优越的性能。     

基于图像对齐和不确定估计的深度视觉里程计

基于深度学习的视觉里程计方法（deep visual odometry,DVO）通过神经网络直接估计单目图像的深度和相邻图像之间的相机运动,在保证精度的同时大大提高了运行速度。但这是基于灰度不变假设,作为一个很强的假设,灰度不变假设在现实场景中往往难以满足。为此,提出一种基于图像对齐（image alignment,IA）的直接视觉里程计方法AUDVO(aligned U-CNN deep VO),通过不确定性估计网络（uncertainty CNN,U-CNN）引入正则项进行约束,使得估计的结果更具鲁棒性。为了处理大面积纹理缺失区域上因估计不准确带来的空洞,在设计深度估计模块时通过嵌入超分辨率网络进行上采样。在公开的KITTI数据集上的实验证明了AUDVO在深度和相机位姿估计上的有效性。     

一种在线更新的单目视觉里程计

现有的基于深度学习的视觉里程计（visual odometry,VO）训练样本与应用场景存在差异时,普遍存在难以适应新环境的问题,因此提出了一种在线更新单目视觉里程计算法OUMVO。其特点在于应用阶段利用实时采集到的图像序列在线优化位姿估计网络模型,提高网络的泛化能力和对新环境的适用能力。该方法使用了自监督学习方法,无须额外标注地面真值,并采用了Transformer对图像流进行序列建模,以充分利用局部窗口内的视觉信息,提高位姿估计精度,以避免传统方法只能利用相邻两帧图像来估计位姿的局限,还可以弥补采用RNN进行序列建模无法并行计算的缺点。此外,还采用图像空间几何一致性约束,解决了传统单目视觉里程计算法存在的尺度漂移问题。在KITTI数据集上的定量和定性实验结果表明,OUMVO的位姿估计精度和对新环境的适应能力均优于现有的先进单目视觉里程计方法。     

基于生成式对抗网络及自注意力机制的无监督单目深度估计和视觉里程计

提出了一种基于生成式对抗网络(GAN)和自注意力机制(self-attention mechanism)的单目视觉里程计方法,命名为SAGANVO(SAGAN visual odometry).该方法将生成式对抗网络学习框架应用于深度估计和视觉里程计任务中,通过GAN生成逼真的目标帧来准确求解出场景的深度图和6自由度位姿.与此同时,为了提高深度网络对场景细节、边缘轮廓的学习能力,将自注意力机制结合到网络模型中.最后,在公开数据集KITTI上展现了所提出的模型和方法的高质量结果,并与现有方法进行了对比,证明了SAGANVO在深度估计和位姿估计中的性能优于现有的主流方法.     

利用自监督卷积网络估计单图像深度信息

为了提高利用深度神经网络预测单图像深度信息的精确度,提出了一种采用自监督卷积神经网络进行单图像深度估计的方法.首先,该方法通过在编解码结构中引入残差结构、密集连接结构和跳跃连接等方式改进了单图像深度估计卷积神经网络,改善了网络的学习效率和性能,加快了网络的收敛速度;其次,通过结合灰度相似性、视差平滑和左右视差匹配等损失度量设计了一种更有效的损失函数,有效地降低了图像光照因素影响,遏制了图像深度的不连续性,并能保证左右视差的一致性,从而提高深度估计的鲁棒性;最后,采用立体图像作为训练数据,无需目标深度监督信息,实现了端到端的单幅图像深度估计.在TensorFlow框架下,用KITTI和Cityscapes数据集进行实验,结果表明,与目前的主流方法相比,该方法在预测深度的精确度方面有较大提升,拥有更好的深度预测性能.     

数据异常情况下遥感影像时间序列分类算法

针对时序遥感图像数据异常时卷积神经网络对其分类性能较差的问题,提出了一种端到端的多模式与多单模架构相结合的网络结构。首先,通过多元时序模型和单变量时间序列模型对多维时间序列进行多尺度特征提取;然后,基于像素空间坐标信息,通过自动编码形式完成遥感图像的时空序列特征的构建;最后,通过全连接层和softmax函数实现分类。在数据异常（数据缺失和数据扭曲）的情况下,提出的算法和一维卷积神经网络（1D-CNN）、多通道深度神经网络（MCDNN）、时序卷积神经网络（TSCNN）和长短期记忆（LSTM）网络等通用时间序列遥感影像分类算法进行分析比较。实验结果表明,所提的利用端到端的多模式与多单模式架构融合的网络在数据异常的情况下分类精度最高,F1值达到了93.40%。     

基于场景模态深度理解网络的单目图像深度理解

基于深度卷积神经网络的图像处理方法得到的单目深度图像质量远高于传统图像处理方法,但该方法对无用特征的训练易产生误差积累,且基于回归求解的连续深度距离预测精度较低,导致图像深度信息提取不精确、目标边缘模糊与图像细节缺失.提出一种应用于单目彩色图像的场景模态深度理解网络.建立以堆叠沙漏为主框架的网络模型,通过反复进行自下而...     

基于深度学习SuperGlue算法的单目视觉里程计

基于特征点法的视觉里程计中,光照和视角变化会导致特征点提取不稳定,进而影响相机位姿估计精度,针对该问题,提出了一种基于深度学习SuperGlue匹配算法的单目视觉里程计建模方法。首先,通过SuperPoint检测器获取特征点,并对得到的特征点进行编码,得到包含特征点坐标和描述子的向量;然后,通过注意力GNN网络生成更具代表性的描述子,并创建M×N型得分分配矩阵,采用Sinkhorn算法求解最优得分分配矩阵,从而得到最优特征匹配;最后,根据最优特征匹配进行相机位姿恢复,采用最小化投影误差法进行相机位姿优化。实验结果表明,在无后端优化的条件下,该算法与基于ORB或SIFT算法的视觉里程计相比,不仅对视角和光线变化更鲁棒,而且其绝对轨迹误差和相对位姿误差的精度均有显著提升,进一步验证了基于深度学习的SuperGlue匹配算法在视觉SLAM中的可行性和优越性。     

轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络

针对单目深度估计网络庞大的参数量和计算量,提出一种轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络,可以在保证估计精度的情况下降低网络模型的复杂度、减少运算时间。该网络基于编解码结构,以端到端的方式估计单目图像的深度图。编码端使用ResNet50网络结构;在解码端提出了一种轻量金字塔解码模块,采用深度空洞可分离卷积和分组卷积以提升感受野范围,同时减少了参数量,并且采用金字塔结构融合不同感受野下的特征图以提升解码模块的性能;此外,在解码模块之间增加跳跃连接实现知识共享,以提升网络的估计精度。在NYUD v2数据集上的实验结果表明,与结构注意力引导网络相比,轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络在误差RMS的指标上降低约11.0%,计算效率提升约84.6%。     

基于条件卷积与极化自注意力的单目深度与位姿估计

基于运动恢复结构与视图合成的自监督范式，引入条件卷积与极化自注意力，提出新的单目深度与位姿估计模型。条件卷积对不同输入数据进行多组动态的卷积权重赋值，所有权重在经过加权整合后共享一次卷积操作，在不显著增加计算量的情况下实现模型容量的提升。图像信息完整性对深度估计任务的性能有极大影响，极化自注意力通过极化滤波使数据在通道或空间维度上保持高分辨率，防止图像的细粒度信息或结构信息丢失；同时压缩与通道或空间正交的维度，减小计算量，并通过非线性函数对压缩过程中损失的特征强度范围进行增强与动态映射。自注意力机制可以实现数据在各维度上的长距离建模。在KITTI数据集上进行实验，证明了所提出模型在自监督单目深度与位姿估计任务中有优异的性能表现。     

基于编解码卷积神经网络的单张图像深度估计

摘 要：针对传统方法在单目视觉图像深度估计时存在鲁棒性差、精度低等问题,提出一 种基于卷积神经网络(CNN)的单张图像深度估计方法。首先,提出层级融合编码器-解码器网络, 该网络是对端到端的编码器-解码器网络结构的一种改进。编码器端引入层级融合模块,并通过 对多层级特征进行融合,提升网络对多尺度信息的利用率。其次,提出多感受野残差模块,其 作为解码器的主要组成部分,负责从高级语义信息中估计深度信息。同时,多感受野残差模块 可灵活地调整网络感受野大小,提高网络对多尺度特征的提取能力。在 NYUD v2 数据集上完 成网络模型有效性验证。实验结果表明,与多尺度卷积神经网络相比,该方法在精度 δ<1.25 上 提高约 4.4%,在平均相对误差指标上降低约 8.2%。证明其在单张图像深度估计的可行性。     

考虑多位姿估计约束的双目视觉里程计

为了提升复杂环境中双目视觉里程计的精度,提出一种考虑多位姿估计约束的双目视觉里程计方法.首先,分别建立匹配深度已知点与深度未知点的数学模型,将深度未知点引入2D-2D位姿估计模型,从而充分利用图像信息;然后,基于关键帧地图点改进3D-2D位姿估计模型,并结合当前帧地图点更新关键帧地图点,从而增加匹配点对数,提高位姿估计精度;最后,根据改进的2D-2D及3D-2D位姿估计模型,建立多位姿估计约束位姿估计模型,结合局部光束平差法对位姿估计进行局部优化,达到定位精度高且累积误差小的效果.数据集实验和实际场景在线实验表明,所提出方法满足实时定位要求,且有效地提高了自主定位精度.     

基于DCE-LAE的电力负荷异常检测方法

针对传统的用电负荷数据异常检测方法精度低、提取时间特征困难、特征提取与检测过程分离的问题，提出一种基于深度卷积嵌入LSTM编码器(deep convolution embedded LSTM auto-encoder, DCE-LAE)的电力负荷数据异常检测方法。将长短期记忆网络融入自编码器架构，利用编码器的非线性特征提取能力和长短期记忆网络的时序特征记忆能力提高电力负荷的异常检测精度，将深度卷积层嵌入至该架构中提高感受野，提取更多时间序列特征；将卷积损失和重构损失相结合作为损失函数联合优化，防止卷积嵌入微调对重构空间的扭曲，进一步提高结果的可靠性。实例仿真通过与其它方法进行对比，验证了DCE-LAE的异常检测精度与时序重构能力均优于其它算法。     

基于视觉与激光融合的井下灾后救援无人机自主位姿估计

无人机在灾后矿井的自主导航能力是其胜任抢险救灾任务的前提,而在未知三维空间的自主位姿估计技术是无人机自主导航的关键技术之一。目前基于视觉的位姿估计算法由于单目相机无法直接获取三维空间的深度信息且易受井下昏暗光线影响,导致位姿估计尺度模糊和定位性能较差,而基于激光的位姿估计算法由于激光雷达存在视角小、扫描图案不均匀及受限于矿井场景结构特征,导致位姿估计出现错误。针对上述问题,提出了一种基于视觉与激光融合的井下灾后救援无人机自主位姿估计算法。首先,通过井下无人机搭载的单目相机和激光雷达分别获取井下的图像数据和激光点云数据,对每帧矿井图像数据均匀提取ORB特征点,使用激光点云的深度信息对ORB特征点进行深度恢复,通过特征点的帧间匹配实现基于视觉的无人机位姿估计。其次,对每帧井下激光点云数据分别提取特征角点和特征平面点,通过特征点的帧间匹配实现基于激光的无人机位姿估计。然后,将视觉匹配误差函数和激光匹配误差函数置于同一位姿优化函数下,基于视觉与激光融合来估计井下无人机位姿。最后,通过视觉滑动窗口和激光局部地图引入历史帧数据,构建历史帧数据和最新估计位姿之间的误差函数,通过对误差函数的非线性优化...     

基于深度卷积神经网络的车型识别

传统的基于卷积神经网络的车型识别算法存在识别相似车型的准确率不高,以及在网络训练时只能使用图像的灰度图从而丢失了图像的颜色信息等缺陷。对此,提出一种基于深度卷积神经网络(Deep Convolution Neural Network,DCNN)的提取图像特征的方法,运用深度卷积神经网络对背景较复杂的车型进行网络训练,以达到识别车型的目的。文中采用先进的深度学习框架Caffe,基于AlexNet结构提出了深度卷积神经网络的模型,分别对车型的图像进行训练,并与传统CNN算法进行比较。实验结果显示,DCNN网络模型的准确率达到了96.9%,比其他算法的准确率更高。     

基于深度代价敏感CNN的年龄估计算法

针对年龄估计中样本数量不平衡及不同类间发生误分类时付出代价不同的问题,将代价敏感性嵌入深度学习框架中,提出基于深度代价敏感CNN的年龄估计算法.首先为每个年龄类别分别建立损失函数,解决训练样本的不平衡问题.然后,定义代价向量以反映不同类之间发生误分类而付出的代价差异性,构造逆交叉熵误差函数.最后,融合上述方法,为卷积神经网络(CNN)构造一个损失函数,使CNN在训练阶段学习针对年龄估计的鲁棒人脸表征.在不同种族的年龄估计标准图像集上的实验验证文中算法的有效性.     

深度卷积神经网络图像超分辨率重建方法研究

基于深度卷积神经网络算法实现网络图像超分辨率重建技术，为满足图像的超分辨率精度检测和构建需求，通过构建图像融合技术来实现图像重建架构，形成以机器人视觉系统数据为主体的控制模块，实现对网络图像超分辨率的图像融合分析的目标，完成深度卷积神经网络图像重建。在深度卷积神经网络图像的构建过程中，注意神经网络输出数据决策方案和图像的自适应预置模块设计，分析深度卷积神经网络的各层节点数，平衡图像分辨率数据深度卷积过程中的信息损失量，提升图像分辨率数据的重建精度。     

融合卷积注意力机制的图像描述生成模型

图像描述模型需要提取出图像中的特征,然后通过自然语言处理（NLP）技术将特征用语句表达出来。现有的基于卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）搭建的图像描述模型在提取图像关键信息时精度不高且训练速度缓慢。针对这个问题,提出了一种基于卷积注意力机制和长短期记忆（LSTM）网络的图像描述生成模型。采用Inception-ResNet-V2作为特征提取网络,在注意力机制中引入全卷积操作替代传统的全连接操作,减少了模型参数的数量。将图像特征与文本特征有效融合后送入LSTM单元中完成训练,最终产生描述图像内容的语义信息。模型采用MSCOCO数据集进行训练,使用多种评价指标（BLEU-1、BLEU-4、METEOR、CIDEr等）对模型进行验证。实验结果表明,提出的模型能够对图像内容进行准确描述,在多种评价指标上均优于基于传统注意力机制的方法。