基于多通道投影系统的纹理表面实时绘制技术

随着投影机硬件性能的提升与计算机图形图像技术的不断发展,投影技术被应用于越来越多的物体表面以提供更为生动震撼的视觉效果.提出了一种使用多通道投影系统和交互式平板设备对纹理表面进行实时绘制的方法.在分析系统颜色模型的基础上,提出了颜色参数恢复以及投影能量合理分配的算法.通过高效的交互渲染方式保证系统可以实时稳定地将绘制图像无畸变地显示于物体表面.实验结果表明,提出的方法在提高系统补偿精度的同时也提高了系统的亮度范围,在保证交互端与渲染端高度同步的前提下实时地对目标图像进行补偿.      

屏幕空间微结构表面对象环境光遮挡算法

针对目前复杂微结构表面对象中环境光遮挡计算方法效率低下的缺点,提出一种基于屏幕空间的环境光遮挡计算方法.该算法利用离屏渲染技术,只针对视点所见的场景计算环境光遮挡.算法采用2遍渲染处理,第1遍得到场景的深度纹理,第2遍采用计算最大遮挡角度的方法来快速计算出环境光遮挡的大小;结合延迟着色等技术,可以快速绘制出整个场景的环境光遮挡情况.整个绘制算法在图像空间完成,较好地利用了GPU并行计算的特点,可呈现可变形物体在动态场景中的环境光遮挡效果.实验结果表明,与同类算法相比,该算法不需要预处理,环境光遮挡关系判断高效,绘制速度得到了很大的提升.     

实时仿真中的逼真虚拟地球实现

针对虚拟现实中真实感不强的问题,提出了一种具有高精度地表纹理的虚拟地球实现方法,构建了一个地表纹理像素精度高达21 600像素×10 800像素、地球表面轮廓凹凸效果和大气层光晕效果的虚拟地球.采用几何计算来构建地球形状模型,将地球按经纬度分成128块,分别计算每块区域顶点坐标、法向量、纹理坐标;采用混合纹理技术对地表纹理、云层纹理及云层法向量图进行3层纹理混合实现地球表面的云层和轮廓凹凸效果;采用实时移动与放缩带大气层纹理的正方形面板来实现大气光晕效果;采用可见性判断和纹理精度管理的方法,实时判断地球表面区域的可见性、选择不同精度纹理粘贴、剔除不可见区域,减少绘制开销.实验显示,该方法在加载1.02 GB纹理像素的情况下,达到了45帧/s的帧速率.      

基于特征点集的匹配算法应用于卫星姿态确定

综合了灰度与几何特征匹配方法,依据局部纹理能量分布选取特征点集,并利用特征点集的几何约束关系构建了可描述图像整体特征的模板.通过逐步求精方法实现了实时图像与基准图像的匹配.首先通过特征点集匹配进行粗搜索;然后通过精搜索以及角度校正得到实时图像中目标偏移旋转量.该特征点集算法与传统图像匹配算法相比较,在保证精度的基础上能提高匹配速度,且具有一定的旋转不变性和抗噪性.仿真实验证明了该算法的可行性.      

基于分形协方差函数的自然纹理描述与分类

研究了自然纹理图像的描述与分类的方法,提出了基于分数布朗运动模型及其协方差函数的方法.分数布朗运动的协方差函数被用来估计自然纹理特征的Hurst系数和常数k.2个子图像的5个特征组成10个特征的特征集.与直接从原始纹理图像获得特征矢量不同,该方法的10个特征矢量是分别基于大于图像灰度平均值的图像和小于图像灰度平均值的图像得到的.以纹理图像的平均值为阈值,可以得到2幅子纹理图像.从每个子纹理图像提取出5个特征,它们分别是横向、纵向和45°方向的常数,横向和纵向距离为2的Hurst系数.2个子纹理的5个特征组成10个特征的特征集.从Brodatz纹理集选出的16种纹理图像被用来检验描述和分类效果,分类结果显示该方法具有很好的自然纹理的描述和分类能力.     

基于局域纹理特征的图像无损压缩

局域纹理是识别图像的基本要素,因此在图像压缩处理中分析局域纹理特征是达到去相关的有效途径,在此原理基础上提出了一种新的基于局域纹理特征的无损压缩方法,该算法由去相关处理和熵编码两部分组成,去相关操作是通过一组预测模型自适应选择最佳的模型进行处理,然后使用快速有效的CCSDS编码器对最佳去相关模型的预测误差进行编码,最后给出了该算法与JPEG2000及JPEG-LS的无损压缩结果的比较,实验结果显示,该算法的压缩结果明显优于JPEG2000及JPEG-LS的无损压缩结果.      

实时曲面纹理及其光照效果的生成

依据两步映射法和体纹理的思想，将曲面纹理的映射过程分为非实时映射和实时查询两个部分，提出一种能实时显示曲面纹理的方法及相应的抗混叠措施，最后，结合一种快速浓淡算法，为曲面纹理叠加光照效果，生成了很逼真的图象。     

基于图像纹理的自适应水印算法

图像水印技术是一种在图像中嵌入被称为水印的版权标记,以证明图像版权归属的技术。利用图像纹理粗糙区域易于隐藏水印的优势,提出了一种基于图像纹理的自适应水印算法。首先,设计了一种能够真实反映图像纹理丰富程度的纹理度量方法,引入全局纹理值和局部纹理值的概念来综合分析图像纹理的分布情况;其次,利用滑动窗口和窗口内区域的局部纹理值,精确地获取图像的纹理粗糙区域,将水印嵌入在纹理粗糙区域中,保证嵌入水印图像的视觉质量;然后,通过多元回归分析,得到水印嵌入参数与纹理粗糙区域的全局纹理值和局部纹理值的函数关系,根据区域的纹理值自适应地调整水印的嵌入参数,最大限度地保证水印的不可见性,增强水印的鲁棒性;最后,通过在多个不重叠的纹理粗糙区域中嵌入相同的水印,进一步提高水印提取的准确率。在100幅自然场景图像上进行模拟实验,从不可见性、自适应性和鲁棒性三个方面证实了所提算法相比已有自适应水印算法的优越性。      

激光通信中的分集检测技术

在大气弱湍流模型下,应用Monte Carlo方法,通过产生符合光信号的对数幅度联合概率分布的数据,近似模拟计算了分集接收机的逐符号最大似然检测算法的似然比.研究了减少Monte Carlo方法中仿真点的个数对逐符号最大似然检测的分集接收机检测性能估计的影响.随后提出一种基于训练序列的分集检测方法.该方法在未知衰落分布相关信息的情况下,利用每帧内引入的一定长度的训练序列提供了某一较短时间间隔内的大气湍流信道的信息,基于与似然比表达式结构相似的算法获得改善的检测效果.仿真结果表明在各个分集接收机之间存在较强相关性的情况下,该算法仍可实现有效的检测.      

一种改进的最小二乘景像匹配算法

为提高景像匹配系统的匹配速度和对初始定位误差、噪声的鲁棒性,对实时图与基准图之间的灰度分布关系进行分析,建立实时图和基准图之间的景像匹配模型,给出了一种改进的最小二乘景像匹配算法.该算法在最小二乘目标函数中引入一个辅助约束项构成综合目标函数,辅助约束项隐含有对量测输入平滑性的约束,提高了匹配算法的稳定性,运用牛顿法推导出该算法的递推公式,该算法充分利用了综合目标函数的一阶、二阶导数信息,因此具有较快的收敛速度.仿真结果表明了算法的有效性.     

绳驱动拟人臂机器人的动力学建模及张力分析

与传统的机械臂相比,绳驱动拟人臂机器人采用串并混联的结构形式,模拟了人手臂肌肉的并联驱动方式,但是,绳索的引入也增加了动力学分析的难度.将绳驱动拟人臂机器人视为基座、大臂、小臂和末端四连杆串联机构,采用迭代牛顿-欧拉法建立动力学方程的递推形式,考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单方向受力性,提出基于动态最小预紧力的张力分配算法,求解出各绳索的驱动力.与未进行张力分配的方法及基于静态最小预紧力的方法相比,所提出的算法可使各绳索驱动力根据动态最小预紧力进行实时调节,满足了不同工作条件下机构的刚度要求.     

改进的SSDA并行算法及其在TEM中的应用

介绍了一种把图像匹配中的序贯相似性检测算法(SSDA,Sequential Similarity Detection Algorithm)应用到地形匹配中的方法,把地形匹配系统中的数字高程模型、高程数据和实时剖面数据分别视为SSDA算法中的搜索图、灰度值和模板,同时提出了动态门限序列和分组选取随机点的方法,最后将改进的SSDA算法进行并行化并用消息传递接口(MPI, Message Passing Interface)实现.实验结果表明,改进的SSDA算法能有效地提高地形匹配的速度和计算精度,而相应的并行程序也能取得较好的加速比,从而一定程度上解决了传统的地形匹配算法时间复杂度高、实时性差的问题.     

利用星地差分GPS的地基测控系统实时标校方法

针对地基测控系统传统标校方法和基于差分GPS事后标校方法的不足，提出了一种基于低轨卫星与地面测控站之间星地差分GPS的地基测控系统测量误差实时标校方法。与基于差分GPS的事后标校相比，实时标校能使地基测控系统及时获取标校后的测量数据，从而实时进行轨道解算和预报，并及时上注以提升卫星运行性能。针对星地长基线、高动态和实时标校场景，系统地分析了影响星地基线估计性能的各项误差及修正效果，并提出相对位置精度因子的概念，由此得到星地基线估计精度预算。采用基于抗差自适应卡尔曼滤波的实时星地基线估计算法，并利用加权最小二乘法求解测控系统测量误差，从而获得校准结果。利用星载双频GPS接收机和导航信号模拟器构建半实物仿真平台，仿真结果表明，实时标校后测距系统误差残差降低到40cm左右，测速系统误差残差降低到1cm/s以下，与理论分析结果一致，可以较好地满足未来航天任务的测控需求。     

Hierarchical scheduling for real-time agile satellite task scheduling in a dynamic environment

The imaging processes of optical satellites can be easily affected by unexpected environmental changes, such as changes in cloud coverage. Given the difficulty to predict environmental uncertainties, traditional offline scheduling methods need a follow-up re-scheduling process that responds to real-time environmental information. This repetitive scheduling processes make the offline fine scheduling process a waste of computational resources. Additionally, the offline scheduling method is quite complex owing to its lack of a hierarchy mechanism. To solve these problems, we propose a hierarchical scheduling method for the real-time scheduling problem. This method divides the scheduling process into three steps: pre-assignment, rough scheduling, and fine scheduling. A hierarchical scheduling algorithm based on ant colony algorithm is proposed. Tests with 36 scenarios show that the calculation time is efficiently reduced with this new mechanism. With this consideration of the dynamic environment, the re-scheduling process becomes unnecessary, meaning the wasting of computational resources is avoided and the solution profit is improved.     

智能化战术任务管理系统研究

从感知、评价、决策的认知过程研究了现代军机战术任务管理系统的结构、组成和功能,重点研究了态势评估和任务规划两个关键子系统.建立了基于贝叶斯网络和模糊逻辑推理的态势评估算法及威胁评估模型,采用贝叶斯网络对威胁级别进行了评估,运用模糊逻辑对各威胁源的相对重要性进行了推理,实现了对威胁源威胁级别和相对重要性的连续动态评估.研究了基于动态A^*算法的战术飞机飞行路径在线实时规划问题,实现了态势评估与路径规划两子系统之间的集成.研究结果表明了该系统方案和算法的有效性,任务规划系统能够自适应战场态势的变化.     

实时流媒体P2P可收敛反馈网络结盟算法

客户端贡献的不公平性严重影响系统的服务质量和提供服务的能力,本文提出了一个基于距离汇聚的结盟算法,在动态业务量环境中通过实现可收敛反馈网络,有效消除了随机结盟、内容相似驱动结盟和带宽相似驱动结盟中存在的业务量不合理问题。实现了基于公网IP的静态距离算法和基于探测包的距离动态测量法的混合节点间距离评估机制,较好地解决了探测包测距受业务量波动影响较大、客户端感知测距实时性较差以及IP包测距误差较大的问题。引入了一个具有位置意识的基于Polling的均匀流周期请求协同机制,在保持推—拉周期请求机制开销小优点的同时,提高对抗Serving Peer传输劣化和失败的弹性。仿真结果表明:该机制可以减少业务量不合理和用户不贡献恶意行为的概率,当节点较多时,其能够提供比其他结盟算法更好的时延、丢包率和到达率性能。      

一种模型误差鲁棒的卫星姿态确定方法

提出一种结合非线性预测滤波和二阶插值滤波实现基于星光/陀螺的高精度姿态确定的新算法.该算法用非线性预测滤波估计模型误差,再对补偿后的模型用高精度的二阶插值滤波来估计姿态参数.解决了在卫星实际运行中难以获得姿态确定系统的精确动力学模型,采用传统EKF(Extended Kalman Filter)将模型误差作为零均值白噪声处理,导致滤波精度降低甚至发散的问题.同时,二阶插值滤波将非线性模型按照二阶近似,无需计算函数偏导数,得到高精度的卫星姿态估计.仿真验证了该方法能有效地实时估计并补偿模型误差,提高了姿态估计的精度,且估计精度受滤波周期的影响不大,从而验证了算法的鲁棒性和有效性.      

基于混合动态信念传播的多无人机协同定位算法

针对多无人机(UAVs)协同定位问题,提出一种基于混合动态信念传播的定位算法。在部分无人机GPS信号丢失的情况下,该算法可根据其他无人机的GPS观测,相邻无人机之间的相对距离观测,以及无人机加速度计的输出,对每个无人机的位置和速度状态进行分布式在线估计。首先用因子图模型描述多无人机的联合信念状态,接着给出一种混合动态信念传播推理算法计算图模型中的每个变量节点(对应于每个无人机)状态的边缘后验分布。推理过程仅包括每个无人机对自身局部信息的处理以及相邻无人机之间的信息交互,因此该算法可完全分布式实现。通过仿真实验以及与传统协同定位算法的比较,表明了本文算法的有效性。      

序贯相似度检测法在实时跟踪中的改进方法

对序贯相似度检测算法(SSDA)进行了重要改进,提出了新的搜索域确定方法。其结果是减小了算法的计算时间,改善了跟踪系统的快速实时性能;同时还剔除了原算法中可能产生的伪匹配位置。