Vision guided dual arms robotic system with DSP and FPGA integrated system structure

Usually, a humanoid robot has two arms and stereo vision system to execute human daily actions. It has complicate mechanism and mechatronics control system structure. The hardware control structure should be planned ingeniously to execute the complicate computation of 3D image processing and manipulate a multi degree of freedom dual arms motion control, especially for mobile robot system. Here a 7 DOF dual arms robot with FPGA hardware control structure and a digital signal processor (DSP) based CMOS stereo vision system are designed and built in our lab. The intelligent fuzzy sliding mode control strategy is employed to establish the visual guided robotic motion control software. This low cost humanoid robotic system has compact control structure and mechanism integration for mobile application purpose. Object detecting and tracking schemes in 3D space were developed for locating the target position and then guided the robot arm to pick and place objects or track the specified moving target. Experimental results show that this delicate robotic system has basic humanoid function.     

基于CMAC神经网络的机器人平面视觉跟踪

在手眼关系及摄像机模型完全未知的情况下,建立了眼在手上机器人平面视觉跟踪问题的非线性视觉映射模型,将图像特征空间和机器人工作空间紧密地联系起来。在此基础上,为将视觉跟踪问题转化为图像特征空间中的定位问题,设计了基于CMAC神经网络的视觉跟踪控制方案,并与PD控制器相并联构成视觉反馈控制。仿真结果表明该算法能完全消除稳态跟踪误差,具有很强的环境适应性,算法简单,易于实时实现。     

基于交互式遗传算法的产品配色设计

研究从平面图像到产品三维模型的配色方案自动映射机制。利用色彩合并与主色提取等技术从平面图像中获取配色方案,并据此构建产品配色方案解空间。在考虑色彩数量、比重和随机创意等因素的前提下,把配色方案从平面图像映射到三维产品模型表面,并将方案群以视觉化形态展示,供设计师选择。通过交互式遗传算法寻找最优方案,程序从设计师选择的方案编码中分析计算出隐含的设计师意象信息,并用以构建适应度评价函数推进方案的优化。在产品外观色彩设计中对设计方法进行验证,实现配色方案的自动化提取、映射和优化设计。     

基于分层神经网络的微装配全局—局部视觉伺服研究

采用多视觉系统进行全局—局部3D点的跟踪,控制全局跟踪的视觉系统具有低的放大倍数和大的视场,而控制局部跟踪的视觉系统具有高的放大倍数和小的视场。在视觉伺服控制中,利用推导出的视觉雅可比映射矩阵建立任务空间到视觉空间的伺服控制方程,并利用这一方程建立预测器,对物体图像的未来位置进行预测,这样就减小了图像处理的区域,提高了图像处理的速度;同时,利用分层神经网络代替视觉空间到任务空间的映射,避免了复杂的逆矩阵计算。从仿真结果来看,这些方法的使用提高了图像处理的速度和跟踪精度。     

图像处理方法在柴油机振动故障诊断中的应用

为了对柴油机的振动故障进行更加直观的诊断，探讨了二维信号处理（图像处理）在柴油机振动故障诊断中的应用。以柴油机工作循环为单位，排列柴油机表面振动信号，构成二维图像，利用数字图像处理的相关理论，获取信号图像的特征，进行状态识别和故障诊断，运用上述方法，对柴油机5种状态下的振动信号进行了处理，根据图像处理结果，能够很好地识别柴油机的状态和故障，为柴油机振动故障诊断提供了新的思路。     

图像反馈机器人视觉伺服系统理论与实验研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一,其研究成果可应用在机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。本文分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理,采用了基于图像的视觉伺服方法,直接利用图像特征来控制机器人运动,构建了自由度GRB-400工业机器人图像反馈视觉伺服系统。采用该系统进行了机器人跟踪两维平面运动目标的实验,结果验证了该方法的有效性。     

基于多目标优化的明文域信息隐藏算法

在传统的信息隐藏算法中，嵌入率和图像视觉质量是互相制约的，因而无法平衡两者之间的关系。为此，提出了一种将可逆信息隐藏算法和不可逆信息隐藏算法相结合的高保真算法。利用不可逆信息隐藏算法的高嵌入率和可逆信息隐藏算法在图像视觉质量方面的高峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio，PSNR），在失真较小的情况下实现隐藏更多的秘密信息。此外，该算法还能根据具体的应用场景找到相对最优的嵌入率、恢复图像的PSNR和含密图像的PSNR的平衡点，从而适应不同的应用需求。实验结果表明，与现有的其他算法相比，该算法具有更高的嵌入容量和更好的图像视觉质量。     

基于虚拟仪器技术的机器人视觉伺服研究

以分布式系统的原理为结构框架,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统有机结合,构成了基于虚拟仪器技术的分布式机器人视觉伺服系统。在推导视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵的基础上,用LabVIEW语言编写了基于逆模型的控制算法等软件模块,实现了对目标二维运动的跟踪,最后给出了实验结果:采用简单的模糊控制算法,对于100个像素的阶跃激励,系统可在3 s内实现跟踪。     

套准偏差自动检测方法

目前,国内多色印刷机多采用手动方式调整套准精度,自动化程度较低,为解决该问题,提出一种套准偏差自动检测方法。基于视觉成像原理拍摄套准标记图像,采用图像分析理论建立套准偏差计算方法。通过彩色图像矢量信号滤波法预处理标记图像并提取图像目标,给出青(C)、品红(M)、黄(Y)、黑(B)四种原色及其复合色像素的分色归类模型,在此基础上检测四种原色套准标记的边缘像素,进一步结合最小二乘和Hough变换法拟合套准标记的多条边缘直线,最后在图像中计算四种原色特征直线之间的偏移距离,通过视觉标定给出物空间的套准偏差。试验结果表明该方法自动检测套准偏差的精度高于20 μm,符合国家印刷行业标准规定的套准精度要求,适用于以C、M、Y、K合成原理为基础的双色、四色胶印系统。     

以图像为载体的最大意义位(MSB)信息隐藏技术的研究

加密技术是保障通信安全的一种重要手段,然而信息经过加密后容易引起攻击者的好奇和注意,容易遭到攻击和破坏.为解决这一问题,就要把加密技术与信息隐藏技术结合起来,即把经过加密的信息作为待隐藏信息,加载到载体文件(本文采用网上常用的彩色图像文件)中传播.只要做到隐藏信息加载前后,载体图像的视觉效果的变化不能被人眼察觉即可.目前已知的用于信息保密的信息隐藏技术可分为两种,第一种是基于频域的信息隐藏技术,如扩频隐藏、DCT隐藏、子波隐藏技术等,若以彩色图像为宿主,则此类技术主要利用人眼对高空间频率分量上噪声不敏感的特点将待隐藏信息编码到图像的高频分量,以实现信息隐藏的目的,一般地,此类技术较难实现大数据量隐藏;第二种技术为空域隐藏技术,其典型做法是将待隐藏信息编码隐藏到宿主的最小意义位(LSB)上,由于其信息隐藏位置对图像的影响不大,因此安全性不高.本文提供了一种在空域中,利用图像像素数据的最高位实现信息隐藏的方法.本方法利用颜色量化技术对图像颜色进行归并,然后按照特定的格式存储,产生冗余空间,最后把待隐藏信息装载入冗余空间.该方法不仅能实现大数据量的信息隐藏,而且信息隐藏的位置是图像的最大意义位,这就使得信息隐藏的安全性比以往的最小意义位(LSB)信息隐藏技术有了更大的提高.     

面向微装配的显微视觉伺服

将基于显微视觉伺服的机械手的装配位姿调整归结为使其末端执行器上三点运动到指定空间三点的问题.规定其中一点沿直线运动到目标位置,其余两点则以绕该点旋转的方法运动到它们对应的目标位置,避免部件的运动干涉与碰撞,并确保末端执行器始终在显微镜的视场中.以机械手的路径规划为基础,给出基于距离和角度的图像特征差的估计方法,定义并建立基于图像特征差的图像雅可比矩阵以及机械手的运动模型.提出基于图像误差与控制信号综合优化的具有图像延迟系统的最优控制算法,基于动态视觉伺服控制策略建立比例控制与最优控制综合的视觉伺服控制结构,通过一个误差开关在不同的控制器上切换,进行直线位姿调整和动态目标跟踪试验.结果表明,所研究内容正确可行,系统定位精度保持在两个像素以内,具有较好的实时性,能满足微装配性能指标的要求.     

空间相机中的偏流角控制

像移补偿技术是高分辨力空间相机的移补偿技术是高分辨力空间相机的关键技术.由于偏流角的存在,使得像移速度在像面坐标系存在两个分量:前向像移速度和横向像移速度,偏流角控制本质上是消除横向像移速度,因此,偏流角控制是空间相机像移补偿的一部分.不同类型的空间相机有不同的像移补偿措施,也就有不同的偏流角控制方法,本文对像移补偿方法中的偏流角控制及作用进行分析,并且介绍和分析了采用TDICCD器件的图像传输型空间相机的偏流角控制的方法.     

车载光电设备主动隔振平台支撑结构设计及模糊PID控制

光电跟瞄设备在车载平台上将会受到多自由度的复合振动,系统视轴的成像质量将受到很大的影响,严重时设备零部件的配合间隙将会松动甚至零部件损坏。针对某型光电跟瞄设备设计了二级主动隔振支撑平台及主动控制算法。隔振平台采用重心支撑方式,以较大程度地减小对视轴影响较大的耦合角振动,同时在安装架上设计了大阻尼的防冲橡胶垫,与两级减振装置共同作用起到保护和稳定设备的作用。针对角振动问题,以设备平台各支撑点及重心的位移及速度作为反馈信号,采用模糊PID控制算法,设计了隔振平台的控制方案并进行了控制程序的编写。在ADAMS中建立了系统的虚拟样机,对机械系统和控制系统进行了联合仿真。仿真结果表明,二级主动隔振平台在一定的路况下具有较好的隔振防冲性能,能够起到保护设备及稳定视轴的作用。     

基于视觉掩盖效应和奇异值分解的图像质量评测方法

图像质量的客观评测一直是视频和图像工程中富有挑战性的重要课题。传统的以PSNR为代表的检测方法对图像间的差异过度敏感,因此其结果常偏离主观感受;而以人眼视觉系统仿生理论为指导的评价方法则由于算法模型过于复杂而无法得到广泛应用。当前,基于图像特征参数检测的理论方法成为研究的新热点,设计能代表图像特征的参数是其关键。奇异值体现的是图像的内蕴信息,其对一定程度噪声扰动、比例伸缩、旋转、平移等具有较好的稳定性,因此非常适合作为图像的特征参数。本文通过将人眼视觉特性和图像本征特性相结合,设计一套基于视觉掩盖效应和奇异值分解的图像质量客观评测方法。该方法能在充分利用奇异值优势的前提下,根据视觉掩盖效应提高其对典型劣化形态的检测灵敏度,从而使评测结果与主观质量感受具有更好的相似性。     

飞行器侧摆和前后摆对空间相机成像质量的影响

通过分析飞行器侧摆和前后摆对成像质量的影响,提出了空间相机对飞行器侧摆角和前后摆角范围的要求以获取高信噪比和高分辨力的图像。根据空间相机像移产生的机理,给出了侧摆和前后摆情况下像移计算参数的公式,及侧摆角和前后摆角引起的像移。使用调制传递函数作为图像质量的评价依据,确定了满足空间相机成像质量要求的侧摆角和前后摆角范围。分析了侧摆和前后摆对地面像元分辨力的影响。通过计算得出,满足积分级数为96级,调制传递函数不小于0.95的要求,当相机成像时侧摆角和前后摆角的控制误差为0.1°,侧摆角和前后摆角应不大于4.8°;或当侧摆角和前后摆角的控制误差为0.05°,侧摆角和前后摆角应不大于9.5°。实验结果表明,本文提出的方法简单,易于实现,适用于空间相机成像质量的研究。     

基于单片机的焊接控制单元的设计

实现焊接质量的闭环控制需要利用计算机实现焊接电流的自动控制。本文对焊接电源进行了分析，设计了基于单片机焊接控制单元，不仅实现了微机对焊接电流波形的控制，而且可以在焊接电流波形的特定时刻发出特定图象采集信号，这对于利于视觉传感器实现焊接质量的控制具有重要的意义。本文设计的控制单元应用效果良好。     

Bit error rate performance of multicarrier CDMA system with application to image transmission

In this paper, we proposed and analyzed a multicarrier CDMA system with application to image signal transmission over wireless communication channels. Instead of the conventional method of transmitting signal with one carrier frequency, the image signal is partitioned into subsets and a different subband carrier modulates each subset. By so doing, the probability that all the subcarrier will simultaneously fade and be in error is minimized. The performance of the proposed system is evaluated in terms of the average bit error rate in the presence of multipath fading and thermal noise and as a function of data rate, bandwidth, delay range, and space diversity. The effectiveness of multicarrier modulation in resisting fading is demonstrated for a maximal ratio combining space diversity system. Results reveal considerable performance improvement using multicarrier modulation, compared to single carrier modulation.     

新型火焰图像检测器及其着火判据

锅炉火检系统是保障锅炉安全运行的重要检测设备。图像火检在80年代出现后由于其准确性和直观性，成为火检系统的新趋势。同时，由于所需分析检测的信号扩展为二维图像信号，带来了实时处理大数据量的困难。原来由工控机实现的方式和判据体系在可靠性、速度和准确性上都不能满足现场要求。本文将先进的DSP技术和基于火焰锋面动态检测的着火判据引入现有的数字图像火检系统后，明显改善了系统的报警速度和精度。     

A robust visual servo control system for narrow seam double head welding robot

In this paper, an image-based visual servo control system is developed and integrated into a double head welding robot for CO₂ gas shielded arc welding, which is mainly used to weld the narrow seam whose width is generally less than 0.2 mm. Firstly, a robust and reliable image processing algorithm is presented to reliably extract the seam feature during the welding. A statistic-based filter method is proposed to effectively weaken the image noises caused by various disturbances. The region of interest (ROI) of the image is determined to improve the efficiency and reliability of the image processing. The feature line of the narrow seam is extracted by combining the technique of the least-square line fitting with the Hough transform method. Secondly, a visual servo control system is designed to realize accurate tracking and initial point localization of the narrow seam. Moreover, an image error filter and output pulse verification are utilized to guarantee the reliability and stability of the control system. Finally, a series of experiments with real welding robots are conducted in the production line of a container manufacturing factory, demonstrating the satisfactory performance and high welding quality of the proposed visual servo control system.     

一种改进的基于小波去噪和区域生长的彩色图像分割算法

彩色图像分割是彩色图像处理中的重要问题。传统的彩色图像分割都是基于灰度分割算法,而忽略了彩色的空间域视觉效果及噪声污染问题。文章提出一种新的基于小波去噪和种子区域生长的一种改进方法：首先,应用小波去噪技术,强化图像边缘特征,抑制噪声,提高原始图像的信噪比;其次,将RGB彩色图像转化到HIS空间进行边缘检测,对图像进行抖动处理以减少彩色图像中的颜色数目,然后对不同分量进行序列阀值分割;最后对分割结果再进行一种新的基于区域生长的颜色相似性的聚合。仿真结果表明该算法更加符合人眼的视觉特性。