基于红外探测技术的无人机视觉引导助降系统

传统的助降导航系统无法满足无人机着舰挂锁对于精确性、抗干扰性及可重复性的要求。为解决该问题,提出一种基于红外探测技术的无人机视觉引导助降系统。系统硬件包括红外标志灯、高动态像机和红外滤光片,系统软件包括光团目标检测算法和双目交汇算法,其中,光团目标检测算法使用归一化负拉氏高斯算子实现光团目标的定位,双目交汇算法利用快速标定方案完成像机标定,采用双像机进行空间交汇。实验结果表明,该系统在距离理想着陆点200 m以内的测量精度小于5 cm,可满足助降要求。

融合均值漂移和加权谱聚类的彩色图像分割

为了提高彩色图像分割的效率,提出了一种彩色图像分割新方法。该方法首先利用均值漂移算法滤除噪声干扰并对图像进行初始分割,初始分割后的图像由一些互不相交的区域组成;然后将这些区域视为图的节点建立区域连接图;最后采用融入了区域之间面积差异信息与空间距离信息的加权谱聚类算法进行聚类,获得最终分割结果。实验结果表明,该方法可较好地对彩色图像进行分割,并能有效地降低噪声的影响,保持图像边缘,且运算速度较快。

基于类内一致性的红外背景弱目标检测方法

红外背景下检测弱目标较为困难。为此,提出一种基于类内一致性的红外背景弱目标检测方法。定义类内一致性函数,通过直方图上下分割值分割红外图像,使用形态学运算处理图像,填充目标内部空隙以及连通断裂目标,进行多目标区域增长,根据分割出的若干目标形状、大小等信息确认最终目标。实验结果表明,该方法 3帧图像的检测时间分别为0.355 ms、0.363 ms、0.335 ms,优于Ostu方法和均值方法。

结合纹理和形状特征的在线混合随机朴素贝叶斯视觉跟踪器

基于机器学习的思想并充分利用外观信息,提出一种在线选择纹理和形状特征的混合随机朴素贝叶斯视觉跟踪器。构造归一化空间金字塔,通过强度二值特征和金字塔梯度方向直方图二值特征,描述全局与局部区域的纹理和形状;并根据特征描述的二值性和多模性,设计并实现了在线混合朴素贝叶斯分类器。分类器预测类别后验概率生成信任图,跟踪器通过分析信任图实现目标跟踪,并利用极大似然估计和交叉验证实现外观学习和特征选择。选用基准测试集比较同类方法,从性能和复杂度两方面评估了跟踪器。实验结果表明跟踪器对光照变化,部分遮挡等情况具有一定的适应能力,且执行速度较快,存储空间较小。

摄像测量在平台微小晃动量测量中的应用方法研究

平台在三维空间中的微小晃动反映到二维像平面上就是像点的变化。本文提出基于摄像测量学的小角度测量方法。通过固连在平台上的CCD像机对惯性空间中静态基准的实时观测,解算得到由于平台微小晃动引起的像机姿态变化量;利用固连关系得到平台的小角度变化量,并通过静态和动态实验证明了该方法准确可行,在36′晃动幅度下,测量精度优于5″。该方法在保证精度前提下,可以降低系统硬件成本,可用于修正车载式光学测量设备的平台晃动误差,具有一定的理论研究意义和工程应用价值。

非接触式三维重建测量方法综述

三维重建是目前发展最迅速、应用最广泛的技术之一。从广义角度出发,任何获取目标三维信息的手段都可被称为三维重建。利用三维重建数据可对目标的三维参数进行测量。目前基于三维重建的测量方法众多,由于接触式测量存在诸多问题,如何依据不同的实际需求和条件选择合适的非接触式测量方法,是获得所需三维测量数据的关键。从原理分析出发,对各种非接触式重建测量方法进行系统分类。在实际测量任务中可依据精度需求、环境约束、参数种类、成本控制等因素选择合适的非接触式三维重建测量方法。

基于单目位姿估计的拉力扭转形变测量方法研究

拉力作用下的高精度扭转形变测量是材料力学性能测试的难点。针对轴形试验件在拉力作用下的扭转形变测量问题,提出了一种基于单目位姿估计的非接触式测量方法。在试验件的一端延伸连接一个轻质平面标志板,利用固定于地面的测量相机对平面标志板实时成像,并根据单目位姿估计原理解算试验件变形前后平面标志板的相对姿态变化。若试验件只发生扭转变形,则平面标志板的姿态变化可由绕试验件轴向的旋转角描述,通过对平面标志板的姿态变化矩阵进行Rodrigues分解,可得到试验件轴向在空间中的向量表示及绕轴向的旋转角大小,该旋转角即为试验件的扭转变形角。搭建了实验平台,开展了实际拉力扭转形变测量实验,结果表明:基于单目位姿估计的非接触式轴形试验件扭转形变测量方法精度高,系统结构简单,是拉力扭转形变测量的一种有效测量方法。

相机位姿估计的加速正交迭代算法

面对需要实时计算的相机位姿估计问题,针对经典的广泛应用的正交迭代算法,提出了一种加速正交迭代算法。其关键思想是将每一次迭代过程规整化,从而提炼出每一次迭代的重复计算,若将此重复计算在迭代开始前提前计算,则可以大幅度的减少迭代过程中的计算量,使得每一次迭代的计算复杂度从O(n)降低为O(1)。因此,可以在更短的时间内迭代更多的次数,从而获得更高的精度。进行了对比实验,结果显示本加速算法计算精度更高,速度更快。并通过实验提出了选择稳健n点透视(RPn P)计算初值,再使用加速正交迭代算法进行迭代运算的方法,在控制点不多的情况下,是一种精度接近最大似然估计,计算速度最快的算法。

基于直线段对应的相机位姿估计直接最小二乘法

为了实现高精度的基于直线段对应的相机位姿估计,提出一种直接最小二乘法。通过提出并利用一种直线段之间的距离测度,将原问题转化为最小化一个姿态旋转矩阵的二次目标函数,该距离测度综合考虑了线段的端点距离、中点距离、夹角和线段的长度,通过旋转矩阵的CGR参数表达获得一个修正的目标函数,此修正目标函数的最优解条件组成了一个三元三次方程组,利用代数多项式方法在不需要迭代的情况下直接求解这个方程组,从而得到了旋转矩阵的全局最优解。该算法的计算复杂度为O(n)。仿真和真实实验验证了该方法的有效性和高精度。

摄像机全自动标定方法研究

提出了一种基于空间控制点的全自动标定方法,该方法只需知道控制点的空间坐标及其图像,通过自动提点、自动匹配以及高精度解算三个过程完成全自动标定。针对已知光心位置和已知光轴指向两种情况,对摄像机标定进行了理论推导,提出了焦距一致判据的自动匹配算法;针对不存在先验信息的情况,以计算残差和重投影残差为判据,根据最近邻原则提出了残差最小自动匹配算法。仿真和实验验证了提出的自动匹配算法和全自动标定模型的快速、正确性和高精度。

一种基于最佳相似点对的稳健模板匹配算法

为了解决原始最好兄弟相似性(BBS)算法在剧烈非刚体变形、部分遮挡以及非均匀光照等复杂环境下匹配失败的问题,提出了一种更加稳健的模板匹配算法。将曼哈顿距离替代欧氏距离作为两个图像块之间的相似性度量,在此基础上,滑动窗口逐像素匹配得到新的由BBS响应值构成的置信度图,对该置信度图进行阈值筛选,并对剔除较小值后的置信度图滤波处理后,将最亮连通区域的中心位置定位为匹配结果。实验与分析结果表明,该算法可以有效地解决在弹性变形、相似区域干扰、部分遮挡与剧烈光照变化等变换与干扰存在情况下的图像匹配定位问题。

平面镜反射辅助视场下相机位姿估计问题的Cramer-Rao下界

针对不通视条件下的相机位姿估计问题,可通过移动平面镜实现相机对目标镜像的多次观测,进而求解相机与目标之间的相对位姿关系。本文研究了该配置下位姿估计误差的CramerRao下界问题,推导了平面镜反射中心透视投影模型中物点、光心、镜像虚拟像点三者之间的共线方程及位姿估计误差理论下界的计算公式,并进行了数字仿真验证。结果表明:增大平面镜摆动角度、减小平面镜到相机的距离或增加平面镜有效移动次数,都可降低位姿估计误差的CRLB。上述结果可为某些不通视条件下摄像测量的现场布设提供可靠的性能指标。