仿蜥蜴肌腱牵引的矿用搜救机器人眼研究

针对井下环境复杂、巷道狭窄以及目前搜救机器人普遍存在的探测角度小、响应速度慢等问题,模仿蜥蜴眼肌腱牵引的生理结构设计矿用搜救机器人仿生眼。采用STM32单片机和蓝牙通讯技术控制仿生眼的运动,在远程终端上实时显示仿生眼捕捉到的视觉信息。模型仿真及样机测试结果表明,所设计的八自由度矿用搜救机器人仿生眼视觉系统,具备俯仰、偏航、滚动三转动自由度的360°全方位搜寻能力,其角速度能够满足快速性的要求,有效实现了搜救机器人视觉系统视角大、响应快、独立性强等特点,提高了搜寻效率和范围。

仿生技术在中药材研究中的应用进展

仿生技术设备按照信号获取系统采集的信号类型,即模拟的生物感官,可分别称为电子舌、电子鼻、机器视觉等,以其客观性、可靠性和重复性等优点得到了快速发展。仿生技术已初步应用于中药材鉴定、中药炮制和中药制剂研究等方面,通过对仪器设备获取的信号进行分析,构建信号处理模型,丰富数据库,从而建立分析方法;或者以不同仿生技术设备的分析结果为依据,结合传统方法,通过关联性分析、辅助生产工艺的改进或质量监测,研发中药新制剂。作为一个新兴的技术种类,仿生技术在中药材研究领域有着广阔的应用前景。

微型仿生扑翼飞行器机载单目视觉系统的设计

近年来仿生扑翼飞行器利用视觉系统自主飞行成为一个具有广泛前景的研究方向,然而,其有限的带载能力对视觉传感器的类型、尺寸和重量提出了严格要求。目前商用图像处理模块的尺寸和重量较大,且需要回传图像信息至地面控制系统处理,文章旨在设计一款轻量化机载单目视觉系统,帮助微型仿生扑翼飞行器获取外界信息并实现智能自主的飞行。相比于其他图像处理模块,此系统以国产高算力芯片K210为核心进行设计,可脱离电脑端完成图像处理,尺寸仅为2.2 cm×2.3 cm,重量仅为3 g,内部兼容轻量化网络模型实现分类识别,通过串口进行信息交互,控制扑翼飞行器实现手势识别和目标追踪。

基于仿人眼自适应调节的多光谱视觉图像处理方法

针对传统仿生视觉系统中目标图像获取单一性问题,提出一种仿人眼自适应调节的多光谱视觉成像技术。首先,通过改进的自动调焦算法使成像系统同时采集可见光高分辨率图像及近红外低分辨率图像。然后,对于多光谱成像系统中由于分光棱镜折射率不同导致的在固定焦距下,可见光和近红外图像清晰度有所不同的问题,采用改进的二代小波变换进行近红外图像增强,提高图像对比度,改善视觉效果。最后,搭建基于液体变焦透镜的多光谱实验系统验证自动调焦算法及图像增强算法的实际性能。实验结果表明:系统完成有效自动调焦的平均用时为756 ms。同时,近红外图像增强后其灰度方差函数值提高了79.4%,解决了对比度低和细节模糊的问题,最终实现自适应调节。

视觉仿生与立体视觉测量

仿生学是一门崭新的边缘尖端科学 ,立体视觉是获取空间三维场景深度信息的一个重要手段 ,基于仿生学的图像测量技术直接模拟了人类视觉处理景物的方式 ,可以在多种条件下灵活地测量景物的深度信息。文章从双眼视觉机理及模型出发 ,介绍了视觉仿生测量原理 ,综述了利用视觉测量技术进行立体测量的主要方法、手段及应用前景。

用于无人机自主定位的仿生视觉路标获取方法

为了解决无人机自主定位时高鲁棒性路标获取问题,提出一种仿生视觉路标获取方法。首先构建多尺度多方向的Gabor滤波器模拟视皮层简单细胞响应,通过MAX操作实现对简单细胞空间位置和方向的选择,然后对提取出的特征点采用基于分块信息熵的方法选择合理的关键点作为路标用于定位。仿真分析结果表明,提出的特征提取方法能够更好地保留图像局部区域的主要信息,具有较好的尺度不变性、旋转不变性以及抗噪声性能,基于分块信息熵方法选出的关键点作为路标用于无人机自主定位精度也较高。

一种嵌入式仿生测角传感器的设计与实现

模仿沙漠蚂蚁复眼的偏振敏感导航定位机理,设计了一种以光电二极管为光电转换元件、以ARM微处理器为控制处理核心的航向角度测量传感器。分析了仿生测角传感器的工作原理,设计了传感器的硬件结构与软件程序,构建了传感器原理样机。利用精密转台进行角度输出实验,结果表明:该传感器性能稳定,精度较高,能满足实际导航需求。

仿生计量学的新领域──视觉坐标测量机

介绍了当代仿生计量学的新领域视觉坐标测量机，并描述了各类视觉坐标测量机的特点、测量原理、应用领域、可以达到的测量准确度和发展前景。

一种基于液体透镜的仿生视觉快速调焦方法

为了提高仿生视觉系统中调焦方法的实时性,在对基于液体透镜的仿生视觉系统调焦控制方式进行研究的基础上,提出一种改进的快速调焦方法,实现系统焦距快速调节的功能。首先将基于激光位移传感器的主动式调焦结果作为预正焦点的判断准则,然后利用基于Sobel算子的灰度梯度评价函数并结合改进的爬山搜索算法对焦距进行精细调整,最后搭建仿生视觉成像系统实验装置,验证本文方法的准确性及实时性。结果表明,利用提出的快速调焦方法,在调焦过程中对同一场景不同模糊程度24帧图像的处理时间可以达到257 ms,相比于传统的自动调焦方法在速度上有很大提升。

基于液体透镜的仿生视觉光学成像系统

随着机器视觉技术在先进制造系统、机器人系统、智能监控、航天军工等领域的广泛应用,仿生视觉系统的小型化、灵巧化成为研究的重要方向之一。针对传统机器视觉系统变焦结构复杂、易磨损、寿命低等缺点,在分析液体透镜原理和成像特点的基础上,设计并搭建了一种基于液体透镜的仿人眼光学系统,系统的主要技术指标为:焦距范围18.5mm～22.5mm,镜头变倍比为1.22,视场角为38°×24°。设计结果符合各项指标,像质在不同焦距处均满足使用要求,可实现实时对焦。整个光学系统尺寸为36mm×55mm×30mm,结构紧凑,实用性强。

新型仿生偏振测角传感器及角度误差补偿算法

沙漠蚂蚁神奇的导航本领为我们研制新型导航传感器提供了有价值的技术参考。分析了沙漠蚂蚁利用天空偏振光分布模式导航的机理,设计了一种新型的仿生偏振测角传感器。提出了一种新的航向角度求解方法,给出了一种基于最小二乘支持向量机航向角输出误差补偿算法。利用精密旋转测试台进行了室外航向角度输出测试,实验结果证明了角度解算方法是可行的,角度误差补偿算法是健壮有效的。

仿生型机器视觉研究

在深入分析人类眼球的神经机理、运动形式和特点及人类视觉神经通路的基础上,从模拟人类眼球运动构筑仿生机器眼和模拟人类视觉感知机理应用于机器视觉两个方面,探讨了视觉仿生研究的方式方法、研究进展、应用前景和发展趋势。提出了采用复杂系统控制方法构建多自由度仿生型机器人双眼运动模型的思路,分析了人眼固视微动机制的综合利用和应用价值以及超人眼系统的研究设想等新的视觉仿生研究方向。

基于人类视觉特性的机器视觉系统

视觉跟踪是当前计算机视觉领域中的研究热点。根据人类视觉系统视敏度非均匀分布、兼顾全局性与选择性的特点,构建了一种广域监视与局部精确跟踪相结合的仿生机器视觉系统。用全方位摄像机系统模拟视网膜周边视觉功能,360°范围内实时检测运动目标和重新定位新的目标;用PTZ摄像机系统模拟中央凹视觉功能,完成局部精确注视与平滑跟踪。给出了系统控制策略、运动检测算法及实验结果。为解决视觉跟踪中高分辨率、大视场和实时性三者之间的矛盾提供了一条有价值的途径。

一种仿生机器鼠的跟踪与避障策略

针对一种新型仿生机器鼠平台的运动规划问题主要包括跟踪、避障等问题,依据仿生机器鼠的双目视觉系统以及多自由度的机械结构,根据驱动电机的特性,建立仿生机器鼠的扭腰、抬身、攀爬等动力学模型,采用"记忆"目标鼠的特征、"学习"最优避障路径、"推断"目标鼠的运动方向等方法,实现了仿生机器鼠的跟踪与避障行为,提出了一种基于仿生学原理的仿生机器鼠的跟踪与避障策略。在一种新型仿生机器鼠平台上的实验结果表明,相比与基于虚拟阻抗模型的控制方法,该跟踪与避障策略能够更好地实现仿生机器鼠的跟踪与避障行为,从而验证了策略的可行性与有效性。

仿生偏振视觉定位定向机理与实验

为了有效利用全天域的偏振光信息,探究仿生偏振光导航机理,设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法,推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式,将太阳方向矢量的最优估计问题转化为求解矩阵的特征向量问题,推导出了基于天空光偏振模式的定位定向算法。最后,设计了静态实验与转动实验,对理论分析结果进行了验证。实验结果显示:测量的天空光偏振模式与瑞利散射模型相一致,并可从中成功提取太阳方向矢量。静态实验测量的太阳天顶角的最大误差约为0.4°,误差标准差为0.14°;基于1h对天空偏振光的观测数据实现的定位误差为68.6km。转动实验(转动两周)得到的最大定向误差约为0.5°,误差标准差为0.28°。研究结果揭示了生物利用偏振光导航的机理,为仿生偏振光导航的应用提供了理论依据。

基于双目视觉导航的仿生机器人鲁棒控制算法

仿生机器人在定姿过程中受到空间扰动因素的影响容易产生控制误差,需要对机器人进行精确标定,提高仿生机器人的定位控制精度,因此提出一种基于双目视觉导航的仿生机器人鲁棒控制算法。利用光学CCD双目视觉动态跟踪系统进行仿生机器人的末端位姿参量测量,建立被控对象的运动学模型;以机器人的转动关节的6自由度参量为控制约束参量,建立机器人的分层子维空间运动规划模型;采用双目视觉跟踪方法实现仿生机器人的位姿自适应修正,实现鲁棒性控制。仿真结果表明,采用该方法进行仿生机器人控制的姿态定位时对机器人末端位姿参量的拟合误差较低,动态跟踪性能较好。

生物视觉仿生在计算机视觉中的应用研究

探讨了生物视觉仿生在计算机视觉中的应用,重点研究了鲎复眼、蝇复眼、人眼视觉及猫视觉皮层的仿生技术。结果表明,生物视觉仿生为计算机视觉的研究提供了可行和有效的途径。

基于视觉仿生机理的成像目标检测和识别方法及感知计算

目标检测和识别是图像分析和理解的核心问题,构建了一种仿人眼视觉特性的视觉检测和目标识别体系结构及感知计算模式。借鉴人眼视觉信息获取与处理的变空间分辨率机理和稀疏性,构建大场景(LF)子系统和小场景(SF)子系统分别获取多分辨率、多尺度和不同精细粒度的初级视觉特征信息。提出了一种在小波域下受视觉注意力机制引导的LF子系统感知场景整体统计特性的目标检测和定位方法,由SF子系统集中对目标形成凝视并提取细粒度特征信息,对特征进行整合,形成兴趣图,然后采用非均匀采样、多尺度分析和胜者为王(Winner-take-all机制)产生目标间的竞争实现分类识别。仿真实验结果表明,统计分析方法降低了信息冗余,快速准确地检测出感兴趣目标区域,而基于注意机制的目标识别在多类目标分类中达到94.40%的总准确率。

视觉仿生在多波段成像导引头设计中的应用

单一波段成像传感器提供的信息已逐渐不能满足战场需要。随着科学技术的发展,使多波段成像制导的实现成为可能。人视觉的许多优良特性使得其在智能化成像制导导弹的设计中逐步得到重视和应用。利用人视觉的多通道信息处理机制,提出了多波段成像制导的模式,给出了一个便于实现的双波段智能成像制导的原理框图。基于双目视觉的优良特性,给出了一种基于双目视觉的智能成像方案,并对双导引头在弹体上的安装位置进行了说明。这些探索研究对下一代成像制导导引头的设计将起到有益的借鉴作用。

基于可见光及近红外的仿生视觉成像技术

为了解决传统单通道仿生视觉成像系统应用场景受限的问题,提出一种基于可见光及近红外的仿生视觉成像技术。首先,对多光谱光学成像系统进行研究,设计了以棱镜为分光元件的同口径双通道成像系统,对目标物体进行初步成像。然后,利用基于Roberts算子的图像清晰度评价函数并结合自适应变步长搜索策略对目标物体进行清晰成像。最后,搭建了以液体变焦透镜为调焦执行机构的实验装置,验证仿生视觉成像系统及自动调焦算法的实际性能,实验结果表明:光学系统的成像质量可满足实际需求,同时,自动调焦算法完成一次调焦过程的时间仅为1050ms。