高精度自动贴片机视觉系统定位算法研究

针对高精度自动贴片机的关键技术视觉识别定位算法进行了研究,针对贴片机PCB板标记点及元件图像的特点,提出了结合图像分割、几何特征识别与模式匹配的图像识别及定位方法。根据以上算法开发了针对视觉定位系统的图像识别软件,并用PCB板图像及元件图像进行识别定位验证。实验结果表明,该算法能够有效地完成贴片机视觉系统的识别定位任务。

高精度贴片机视觉定位系统的研究与设计

针对高精度贴片机视觉系统的功能要求,对单臂式贴片机视觉系统的工作流程进行了研究,并据此设计其功能结构和硬件排布,提出了一种适用于单臂式贴片机的光路成像系统。最后,搭建了贴片机视觉系统实验平台并对本文设计的光路成像系统进行的实验验证,结果证明此新型视觉成像系统可以满足高精度贴片机的对成像系统可控性及成像精度的要求。

高精度贴片机视觉系统图像预处理算法研究

针对高精度自动贴片机的视觉系统图像预处理算法进行了研究,提出了针对贴片机PCB板标记点及元件图像处理的预处理方法。开发了针对视觉定位系统的图像识别软件,并用PCB板图像及元件图像进行实验验证。实验结果表明,该预处理算法能够有效地分割原始图像目标区及背景区、排除干扰噪声、增强图像特征,为贴片机进一步的图像识别及定位提供了有利条件。

基于球面角点特征的鱼眼相机与激光雷达联合标定方法

针对鱼眼相机和激光雷达的联合标定问题,提出一种基于球面角点特征的鱼眼相机与激光雷达联合标定方法。首先利用静电斥力物理模型得到了均匀分布在球面上的点集,并以这些点集为生长点对球面进行Voronoi划分,得到了均匀的球面像素,实现了鱼眼相机图像在球面上的均匀重采样;之后在球面上提取了鱼眼相机图像的角点特征,有效地避免了图像畸变带来的角点提取困难的问题;最后利用17组标定数据在球面上实现了鱼眼相机和激光雷达联合标定,在鱼眼图像上的重投影误差小于2个像素,并通过数据融合实验复现了真实场景中的彩色三维效果。

基于视觉位姿矫正的机载激光实景三维重构

城市测绘中无人机搭载激光雷达悬停采集数据时受机身振动影响,容易产生运动畸变,导致融合建模效果不佳。针对该问题,本文提出了一种基于视觉位姿校正的机载激光实景三维重构方法。首先利用激光雷达扫描过程中双目相机获取的视频信息,处理得到激光雷达位姿变化的轨迹以矫正激光点云的位姿;然后将矫正后的激光点云投影到单目相机坐标系下,通过共线方程获得色彩信息,实现信息融合生成三维真彩点云;最后针对视觉位姿矫正前后的真彩点云,建立直线度、平面度、垂直度、融合赋色4个特征维度的评价标准。试验结果表明,视觉位姿矫正后的真彩点云相较于矫正前,直线度最高提升77.3%,平面度最高提升54.5%,垂直度最高矫正54.53°,色彩附着明显更准确。

国内外行星表面巡视器自主导航技术研究

作为航天技术发展的前沿和趋势,深空探测是人类历史上最为复杂的系统工程之一。星球巡视器是在星球表面移动作业的无人探测系统,能够对星球表面进行大面积、近距离和接触式的考察,是地外星球着陆探测作业的主要手段。星球巡视器导航技术是研究星球巡视器的关键技术之一,其导航自主性能直接影响星球探测计划能否顺利进行。本文首先概述了星球巡视器自主导航技术内涵,介绍了国内外巡视器导航技术的研究现状,分析了自主导航技术中地图建模、定位算法与路径规划技术的发展过程,最后指出了星球巡视器导航技术所要急需突破的几个关键技术与发展方向。

曲率分析的变分辨率数字高程模型建模算法

传统的数字高程模型一般采用规则网格划分以简化建模过程,因其网格密度缺乏对地形变化的自适应性而不能兼顾地形表达的准确度和地形数据的冗余度,导致其在车辆动力学仿真等领域的应用有所局限。针对这一问题提出一种基于曲率分析的随机节点分布建模方法,其数据节点的密度根据种子节点周围的局域曲面曲率变化而相应变化,实现了在复杂、曲率较大的地形区域自动生成高分辨率数字节点集,而在平缓、曲率较小的区域实现低分辨率的节点分布。在获得此种节点集的基础上,利用Delaunay三角剖分结合三次多项式插值算法,得到满足高精度和低数据冗余度的变分辨率数字高程模型。利用传统规则网格地形模型与所提出的变分辨率数字高程模型对同一个用于星球车动力学仿真的复杂野外地形进行对比,验证了变分辨率算法的有效性。

立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。

一种三维激光扫描系统的设计及参数标定

基于三维激光扫描系统的移动机器人动态环境地图构建技术是机器人智能感知技术的重要组成部分,而三维激光扫描系统的设计及标定技术对于地图构建的精度有决定性的影响。针对应用于小型移动机器人的三维激光扫描系统低成本、小型化的需求,设计了一套由高精度旋转云台和小型二维激光测距传感器组成的三维激光扫描系统,并提出了一种新的系统参数标定方法以提高三维扫描测量的准确度。该方法使用镂空圆孔标定板作为标定对象以完成对三维扫描特征自动准确获取,并根据非线性最小二乘法对三维激光扫描系统的参数进行优化计算。实验结果表明,所设计的三维激光扫描系统能够准确地测量周围环境的三维信息,实现了以低成本获得高质量环境建模的三维扫描数据技术。

Multi-Bug全局路径规划算法研究

提出一种基于Multi-Bug思想的非搜索全局路径规划算法。在Multi-Bug算法中,借用传统Bug算法的寻路逻辑,加入遇到障碍物时的爬虫分裂规则及爬虫死亡条件判断规则,直至其中一只爬虫以相对最优路径抵达终点,从而实现多路径并行运算的局部最优寻路策略。利用栅格法对多类障碍物、迷宫类地图等环境进行建模,并与Dist-Bug算法、RRT*和A*算法进行路径长度及运算时间的对比仿真实验,结果表明,采用Multi-Bug算法获得的路径长度和用时都表现得更加稳定;与获得最短路径的A*算法相比,Multi-Bug算法获得的平均路径长度仅增加了16.8%,平均用时减少了86.5%。经理论分析及仿真验证,Multi-Bug算法时间复杂度为O(n),具有路径较短、时效性强、算法通用性和稳定性好的路径规划性能。

一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法

针对传统机器人参数标定方法,通常依赖昂贵设备,技术实现成本高的问题,提出一种新型低成本的基于激光位移测量的机器人标定系统,利用安装于机械臂末端的激光位移计进行与外部参照物立方体的相对位置测量,并设计实现了六自由度机械臂的运动学参数标定方法。基于单维度位移测量值,采用平面度约束与平面角度约束共同构建误差函数,并利用非线性优化方法求得最终的标定结果。在实验系统上进行标定方法的验证,并与利用激光追踪仪标定的实验结果进行对比。实验数据表明:所提方法在操作简便、成本低廉的同时,能够获得与使用昂贵的外部测量仪器近似的标定效果。