交替误差补偿的无人飞艇位姿估计

针对少数控制点下空间后方交会的可靠性差及传统多次迭代平差结果误差累积的问题,设计了一种对无人飞艇真实位姿进行精确估计的算法.首先利用欧拉角描述旋转矩阵;然后对严格的共线条件方程进行线性化,并通过空间后方交会和立体视觉获取一组均匀分布的控制点;最后借助均匀分布点提出一种交替误差补偿的初次迭代平差方法解算飞艇位姿.实验结果表明,该算法正确可靠,对位姿初值没有要求,具有一定的收敛性且精度较高.     

基于亚像素的乒乓球机器人本体位姿视觉测量

提出一种基于亚像素精度的特征点提取算法,结合PnP方法和正交迭代(OI)算法计算乒乓球机器人本体的位姿.根据摄像机成像时弥散斑的近似高斯分布,以亚像素精度精确求取色标块的边缘,利用边缘直线交点得到高精度的角点作为特征点.基于PnP算法利用上述特征点求取机器人位姿的初值,再通过OI算法进行优化,以保证其姿态矩阵的正交性.实验结果表明,该方法能快速准确地实现机器人本体的位姿测量.     

未标定相机的高精度位姿估计方法

针对未标定相机的位姿估计问题,提出了一种焦距和位姿同时迭代的高精度位姿估计算法。现有的未标定相机的位姿估计算法是焦距和相机位姿单独求解,焦距估计精度较差。提出的算法首先通过现有算法得到相机焦距和位姿的初始参数;然后在正交迭代的基础上推导了焦距和位姿最小化函数,将焦距和位姿同时作为初始值进行迭代计算;最后得到高精度的焦距和位姿参数。仿真实验表明提出的算法在点数为10,噪声标准差为2的情况下,角度相对误差小于1%,平移相对误差小于4%,焦距相对误差小于3%;真实实验表明提出的算法与棋盘标定方法的精度相当。与现有算法相比,能够对未标定相机进行高精度的焦距和位姿估计。     

一种估计深度相机位姿精度的闭式算法

针对深度相机,提出了估计位姿变换精度的闭式解算法.相对位姿由6自由度向量T=[x,y,z,α,β,γ]表示,计算该向量的协方差矩阵来表征相对位姿精度.定义3维点对到相对位姿的隐式函数,利用隐式定理计算该隐式函数相对于点对集合的偏导数,从而根据隐式函数变化趋势和深度相机测量误差来计算协方差矩阵.该方法要求3维点对匹配准确无误,所以本文同时提出在给定相对位姿情况下匹配3维点对算法,该算法充分利用深度相机可以同时返回深度信息和灰度信息的特点.最后在随机生成数据和真实数据上验证了相对位姿精度估计算法的有效性.     

双目视觉测量系统位姿解算方法研究

在大部件自动对准系统中,为了解决近距离观测无法获得被观测目标全部特征的问题,使用双目视觉位姿测量解算方法,设置其中一个相机为基准相机,利用两相机之间已知的位姿关系,将非基准相机拍摄的特征点信息转换到基准相机的相机坐标系下,然后利用位姿解算的迭代算法思想求解两部件之间的位姿关系.当特征点数目较少时,迭代算法的误差函数会陷入局部极小值,针对上述问题,设计了一种利用各坐标系之间的转换关系求解迭代初始值的方法,并通过仿真证明了算法的有效性.     

线性矩阵方程异类约束最小二乘解的迭代算法

多矩阵变量线性矩阵方程(LME)约束解的计算问题在参数识别、结构设计、振动理论、自动控制理论等领域都有广泛应用。本文借鉴求线性矩阵方程(LME)同类约束最小二乘解的迭代算法,通过构造等价的线性矩阵方程组,建立了求多矩阵变量LME的一种异类约束最小二乘解的迭代算法,并证明了该算法的收敛性。在不考虑舍入误差的情况下,利用该算法不仅可在有限步计算后得到LME的一组异类约束最小二乘解,而且选取特殊初始矩阵时,可求得LME的极小范数异类约束最小二乘解。另外,还可求得指定矩阵在该LME的异类约束最小二乘解集合中的最佳逼近解。算例表明,该算法是有效的。     

基于匹配测度加权求解基础矩阵的三维重建算法

双视图三维重建中引入了同名特征点的匹配测度,为提高基础矩阵F的精度提供了数据处理指导,将特征点匹配和F解算及三维重建环节连接成一个整体。在分析特征点提取、匹配方法的基础上定义了同名点匹配测度函数。用测度函数作为匹配点的权值对归一化8点求解F的算法进行加权,并使用随机采样一致性(RANSAC)鲁棒算法解决匹配野值问题。根据已知的像机内参数，从基础矩阵中分解相对运动，并用模型的内点进行运动优化，最后三角交会得到三维重建结果。实验结果表明,此算法达到了线性求解F矩阵和三维重建的鲁棒性高精度实现。     

基于迭代最近点的井下无人机实时位姿估计

针对煤矿井下无GPS信号、低照度、结构化环境等特点,提出了一种基于迭代最近点(ICP)的井下无人机实时位姿估计方法。通过建立四旋翼无人机运动模型与机载激光雷达观测模型,将煤矿井下四旋翼无人机位姿估计问题转换为机载激光点云数据的扫描匹配问题。用三维激光雷达作为四旋翼无人机机载环境测量传感器,得到无人机当前位姿下的观测点云数据;以第1帧位置为初始位,通过ICP方法得到连续2帧点云数据之间的相对变换矩阵,迭代求解连续关键帧点云数据,得到煤矿井下四旋翼无人机实时位姿估计结果。采用滤波与下采样方法对点云数据进行优化,加速变换矩阵的求解,满足四旋翼无人机位姿估计实时性需求。实验结果表明,基于ICP的井下无人机实时位姿估计方法能够快速、有效地求解四旋翼无人机位姿,相比于正态分布变换方法,ICP方法更适用于煤矿井下四旋翼无人机的实时位姿估计。     

多矩阵变量线性矩阵方程的广义自反解的迭代算法

基于求线性矩阵方程约束解的修正共轭梯度法的思想方法,通过修改某些矩阵的结构,建立了求特殊类型的多矩阵变量线性矩阵方程的广义自反解的迭代算法,证明了迭代算法的收敛性,解决了给定矩阵在该矩阵方程的广义自反解集合中的最佳逼近计算问题.当矩阵方程相容时,该算法可以在有限步计算后得到其一组广义自反解;选取特殊的初始矩阵,能够求得其极小范数广义自反解.数值算例表明,迭代算法是有效的.     

基于SIFT二次匹配方法的同名像点识别

将尺度不变特征变换（SIFT）二次匹配方法用于IRS-P5立体像对的同名像点识别。引入全局几何约束与唯一性约束,剔除误匹配,获取用于初始定位的匹配样本,完成初始匹配。根据初始定位点,获取小区域子图像,在小区域内调整SIFT匹配阈值,在唯一性约束基础上,引入偏移坐标差值约束,完成二次匹配。通过实验验证,相比于将SIFT算法直接应用于遥感影像同名像点识别,SIFT特征二次匹配算法在严格阈值下,匹配对数可增长23.07倍,可获取更密集可靠的同名像点。     

A note on using only position equations for robotic hand/eyecalibration

In two previous papers, we proposed an iterative algorithm for robotic hand/eye calibration. We stated that the iterative algorithm has two distinct advantages over traditional linear approaches: it is less sensitive to noise and it can calibrate the hand/eye matrix by using only relative sensor position measurements. In this correspondence, we point out that although the iterative algorithm does not require direct measurement of the sensor relative rotation, it still needs the user to provide the same amount of sensor orientation information. We also explain why the accuracy performance of the iterative algorithm was not improved by the inclusion of rotation equations.     

多视三角化的迭代算法

多视三角化是在给定测量点对应和摄像机投影矩阵的情况下,求解相应的空间点的过程.由于测量点存在测量误差,所以只能求解在某种准则下的最优空间点.文中提出一种新的优化准则:在空间平面矩阵最小奇异值为0的约束下最小化估计点到测量点的L2-范数距离.在此基础上,采用该准则约束的Sampson近似得到一种简单的迭代求解方法;通过空间平面矩阵最小奇异值单调递减的条件和共轭梯度方法得到另一种收敛性更好的迭代算法.实验结果表明,这2种迭代算法不仅迭代次数及运算时间明显少于黄金标准算法,而且能得到基本相同的计算精度.     

基于运动平滑约束项的快速误匹配剔除算法

针对图像拼接时用随机抽样一致性（RANSAC）算法迭代计算过程中计算量大、匹配正确率低的问题,提出了一种基于运动平滑约束项的误匹配剔除算法。首先采用快速旋转不变特征（ORB）算法提取特征点,基于汉明距离实现特征点初匹配;其次,基于运动平滑约束项统计邻域支持估计量实现误匹配粗剔除;然后,进一步采用空间几何约束关系实现误匹配精剔除;最后,利用分组排序采样求解模型参数,采用加权平均实现图像融合。实验结果表明,该算法的误匹配剔除率相比缩小抽样点总量算法提升了75.6%,相比自适应阈值算法提升了24%,此方法能有效剔除误匹配,实现图像精确拼接。     

用二维点对应数据分割和估计多刚体运动

已知含有多个三维刚体的场景,在运动前后的二维点对应数据集合,其中可以包 含高斯噪声和出格点数据,发展了初始部分匹配的生成-生长技术并运用刚性约束.将上述 二维点对应数据集合.分割成多个分别对应于不同刚体运动的二维点对应数据子集,并能分 离出所有出格点数据.再利用单刚体运动估计算法就可估计出各个刚体运动参数.实验结果 表明了算法的有效性.     

一种基于角点检测的图像密集匹配算法

提出了一种鲁棒的图像自动立体匹配算法.利用Sobel算子对图像中的像素点进行检测,若是边缘点,则使用最小同值分割吸收核方法判断该点是否为角点.在两幅待匹配的图像间计算角点的梯度大小、梯度方向及灰度等的相似度,去除无法对应的角点,建立起待匹配图像中角点的对应关系,并计算基础矩阵.对基础矩阵进行迭代,去除误配点,计算出较精确的基础矩阵.由对极几何约束,采用动态规划方法,寻找左右两幅图像在对应极线上的所有像素点之间的对应,从而建立起两幅图像间像素点的密集匹配对应关系.试验结果表明,算法效果满意.     

Pose and motion recovery from feature correspondences and a digital terrain map

A novel algorithm for pose and motion estimation using corresponding features and a digital terrain map is proposed. Using a digital terrain (or digital elevation) map (DTM/DEM) as a global reference enables the elimination of the ambiguity present in vision-based algorithms for motion recovery. As a consequence, the absolute position and orientation of a camera can be recovered with respect to the external reference frame. In order to do this, the DTM is used to formulate a constraint between corresponding features in two consecutive frames. Explicit reconstruction of the 3D world is not required. When considering a number of feature points, the resulting constraints can be solved using nonlinear optimization in terms of position, orientation, and motion. Such a procedure requires an initial guess of these parameters, which can be obtained from dead-reckoning or any other source. The feasibility of the algorithm is established through extensive experimentation. Performance is compared with a state-of-the-art alternative algorithm, which intermediately reconstructs the 3D structure and then registers it to the DTM. A clear advantage for the novel algorithm is demonstrated in variety of scenarios.     

An improved parameter identification approach for piecewise affine model

This study proposes a high-efficient approach to identify the piecewise affine (PWA) model. The proposed approach constitutes two major steps, initial estimation and refinement process. In the initial estimation, Hough Transform (HT) is adopted to generate a group of submodel candidates; then a variable-threshold technique is applied to pick up the real submodel. In the refinement process, not only the distance constraint between data points and submodel's hyperplanes but also the clustering constraint between data points in regression regions are considered. An efficient algorithm is presented to alternately refine the submodel's parameters and the subregression sets. In the case study, the proposed approach is used to identify the fault model of the track circuit in high-speed railway. Analysis shows that the proposed approach has linear time complexity and exhibits superior data availability in small-sample case.     

一种鲁棒的城市复杂动态场景点云配准方法

针对城市道路环境中面临的动态目标繁多、遮挡严重、以及GPS （全球定位系统）误差较大的问题,提出了一种无需检测动态目标且可以适应不同初始位置误差的快速、鲁棒的配准方法.首先,使用区域生长方法对去除地面的障碍物点云进行目标分割,并通过设定约束条件优化分割效果,生成点云的目标重心点集合;然后,提出了一种多层嵌套的RANSAC （随机抽样一致性）算法架构,迭代地更新配准结果,实现重心点集的粗配准并去除外点;最后,利用ICP （迭代最近点）进行点云的精确配准.与传统RANSAC方法的对比实验表明,该方法能够在复杂的动态场景和较大的初始位置误差下完成精确可靠的点云配准,且其配准成功率和配准速度明显高于传统方法.     

多信息融合的多姿态三维人脸面部五官标志点定位方法

针对三维人脸模型面部五官标志点定位对姿态变化非常敏感的问题,提出了一种基于多信息融合的多姿态三维人脸五官标志点定位方法.首先对二维人脸纹理图像采用仿射不变的Affine- SIFT方法进行特征点检测,再利用映射关系将其投影到三维空间,并采用局部邻域曲率变化最大规则和迭代约束优化相结合的方法对面部五官标志点进行精确定位.在FRGC2.0和自建NPU3D数据库的实验结果表明,文中方法无需对姿态和三维数据的格式进行预先估计和定义,算法复杂度低,同时对人脸模型的姿态有着较强的鲁棒性,与现有五官标志点定位方法相比,有着更高的定位精度.