基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法

提出了一种无人机自主着陆位置姿态的单目视觉测量方法,建立了机载摄像机的运动和投影模型。设计了新型双圆图案着陆平面靶标,采用双圆的8个公切点,产生21个具有透视投影不变性的特征点,并提出了在复杂背景中全自动双圆特征的图像提取新方法及标记特征点的方案,实验表明,768×576像素大小的图像,特征提取及标记耗时小于9ms。仿真试验表明,摄像机距离靶标10m左右,噪声偏差达到1.5像素时,单轴位置RMS误差小于6cm,单轴姿态RMS误差小于0.7°,所提出的算法具有很强的抗噪声能力,能够满足无人机自主着陆位置姿态实时测量的要求。     

基于单数码相机自由拍摄的空间点定位

 提出并实现了一种空间点定位方法。该方法仅用一台数码相机围绕目标进行多角度自由拍摄获得多帧图像，采用一套具有身份唯一性的标记点实现多图像间点的稳定匹配；在此基础上根据多视图几何约束，精确计算各次拍摄时的相机姿态和位置；进而求解目标点的三维位置信息，并对结果进行优化。实验表明空间点定位的相对误差优于0.03%。该方法所用设备十分简单，操作方式非常灵活，适用于大型物体多视角测量的拼合、某些情况下的装配检查等，也可直接用于较规则构型物体的三维数据获取与CAD模型重建。     

无人直升机视觉着陆中的运动状态估计算法

对无人直升机(UH)视觉着陆中基于视觉图像处理的运动状态估计问题进行了研究。介绍了视觉着陆原理,分析了运动估计、特征图像处理与着陆控制间的关系,推导并建立了UH相对着陆平台位姿估计算法、线速度与角速度估计算法。相邻两帧图像对应特征点像点位置为位姿估计算法提供数据,一帧图像特征点像点位置及其对应像点平移速度为线速度与角速度估计算法提供数据。利用UH着陆控制仿真数据模拟UH着陆运动过程中像点位置及其对应平移速度的视觉图像处理结果。仿真验证了运动状态估计算法,结果表明所提出的运动状态估计算法能有效地利用视觉图像处理结果数据估计出UH的位置、姿态、线速度和角速度。     

基于单应性矩阵的模型迎角单目视频测量方法

风洞试验中模型迎角的精准测量是降低阻力系数误差的重要途径之一，为此，提出了基于单应性矩阵的模型迎角单目视频测量方法。该方法通过两个单应性矩阵，获取试验过程中相机实时位姿和标记点物方空间位置坐标，应用坐标旋转关系，完成试验模型的迎角测量。数值仿真试验结果表明：迎角测量误差与待测标记点到风洞壁板间的距离偏差近似为线性关系，因此，当标记点不满足共面条件时，可根据该特点进行测量误差修正。静态标定和风洞迎角测量试验结果表明：修正系统误差后，迎角实测数据的测量准度在0.01°以内，精度不超过0.012°。本文方法易于实施，工程实用价值强。     

Real-time drogue recognition and 3D locating for UAV autonomous aerial refueling based on monocular machine vision

Drogue recognition and 3D locating is a key problem during the docking phase of the autonomous aerial refueling(AAR). To solve this problem, a novel and effective method based on monocular vision is presented in this paper. Firstly, by employing computer vision with red-ring-shape feature, a drogue detection and recognition algorithm is proposed to guarantee safety and ensure the robustness to the drogue diversity and the changes in environmental conditions, without using a set of infrared light emitting diodes(LEDs) on the parachute part of the drogue. Secondly, considering camera lens distortion, a monocular vision measurement algorithm for drogue 3D locating is designed to ensure the accuracy and real-time performance of the system,with the drogue attitude provided. Finally, experiments are conducted to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Experimental results show the performances of the entire system in contrast with other methods, which validates that the proposed method can recognize and locate the drogue three dimensionally, rapidly and precisely.     

单目相机物体位姿估计方法研究

现有的机器视觉通常以边缘轮廓和角点作为特征,因此要求背景单一,对环境结构化依赖程度高。为了拓展机器人的应用范围,使其脱离结构化的环境,提出了一种基于SIFT特征点和PNP技术的单目相机估计目标物体位姿的方法。以BumbleBee双目相机为硬件基础,以C++为开发平台,结合了Eigen计算库、OpenCV图像处理库和Triclops库,开发了单目视觉位姿估计算法,实现在复杂背景下对表面纹理较为丰富的物体的位姿估计。利用试验对所提方法进行了验证,试验结果表明,该算法具有较高的估计精度,可以作为机器抓取的依据。     

基于可重构标定板的激光与视觉联合标定方法

目前,激光雷达与视觉传感器的联合标定方法包含动态在线标定与静态离线标定两大类.动态在线标定对标定的环境有较高的要求,且标定结果不稳定;静态离线标定通常采用标定板,因而对标定板的要求较高,手动选择与线拟合都易引入或放大误差,故提出了一种基于可重构标定板的激光雷达与视觉传感器的联合标定方法.首先,对传统的标定板进行拆分与重构,采用类条形码的方式自动识别激光雷达特征点,并添加相机校验机制以缓解标定过程中相机识别的不稳定性带来的误差.最后,通过与双目相机标定,采用重投影的方式对外参标定结果进行可视化主观评价与客观量化评价.实验表明,该标定方法的均方根误差(RMSE)为1.275cm,重投影后的误差为3.2个像素.     

一种基于模型的双转子不平衡故障诊断方法

建立了双转子系统内外转子同时具有不平衡故障时振动响应分析模型,给出了双转子不平衡故障的微差速测试方法,构造了不平衡故障的非线性优化识别模型.分析了双转子可测点不平衡响应对转速与不平衡量之间的灵敏度关系,讨论了双转子不平衡故障的可诊断性问题,并利用数值仿真和试验对该方法进行了检验.研究表明,当测试数据含有一定的噪声时,利用少量的测点和转子的转速信息,可较准确地识别转子不平衡量故障.      

Three-line structured light vision system for non-cooperative satellites in proximity operations

Adapter ring is a commonly used component in non-cooperative satellites, which has high strength and is suitable to be recognized and grasped by the space manipulator. During proximity operations, this circle feature may be occluded by the robot arm or limited field of view. Moreover, the captured images may be underexposed when there is not enough illumination. To address these problems, this paper presents a structured light vision system with three line lasers and a monocular camera. The lasers project lines onto the surface of the satellite, and six break points are formed along both sides of the adapter ring. A closed-form solution for real-time pose estimation is given using these break points. Then, a virtual structured light platform is constructed to simulate synthetic images of the target satellite. Compared with the predefined camera parameters and relative positions, the proposed method is demonstrated to be more effective, especially at a close distance. Besides, a physical space verification system is set up to prove the effectiveness and robustness of our method under different light conditions. Experimental results indicate that it is a practical and effective method for the pose measurement of on-orbit tasks.     

基于平面模板自由拍摄的双目立体测量系统的现场标定

 摄像机标定是基于光学摄像的立体测量技术中的一个十分重要的步骤，标定精度直接影响系统测量的精度和稳定性。本文提出并实现了一种简便易行的双目立体测量系统现场标定方法：利用一块特殊设计的具有不同大小圆形特征点的平面标定板，在无需控制任何运动参数的情况下，双目测量系统只需对标定板在不同角度自由拍摄一组图像即可方便地实现系统标定。该方法在已有单摄像机标定算法的基础上，加入对双摄像机相对位置和姿态的优化，同时考虑了镜头的非线性畸变，达到了较好的标定结果。另外，提出的图像点与其空间点的对应算法具有良好的稳定性，即使由于环境或摄像机摆放位置等因素的影响，一些标定板上的特征点不能被摄像机拍摄到，或者不能被正确识别时，仍然能进行标定工作。标定实验和系统标定后的三维重建结果验证了该方法的有效性。     

基于对偶数的航天器多特征融合相对导航算法

针对基于视觉的航天器相对导航问题,利用对偶数推导并给出了航天器相对耦合动力学方程,该方程一体化描述了追踪航天器相对于目标航天器的姿态运动和轨道运动,且考虑了由非质心点引起的相对姿态与相对轨道之间的耦合影响。在对偶代数的框架内,统一描述了目标航天器上的特征点和特征线,并基于特征点、线在像平面的投影建立了多特征融合的单目视觉测量模型。最后通过对系统状态方程以及测量方程的线性化,应用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)算法对非质心点的相对运动状态进行了估计。仿真结果表明,本文的算法能够对航天器非质心点的相对运动状态进行较高精度的估计。     

大型壁板自动钻铆定位误差分析与优化

在机翼大型壁板自动钻铆工艺中,由于定位误差较大,壁板实际位姿和理论数模位姿之间难以建立精确的映射关系,而现有补偿工艺流程复杂,导致装配效率较低。着眼于工装设计补偿,针对大型壁板自动钻铆定位误差控制问题展开定位误差溯源分析和定位点布局优化。首先,根据自动钻铆工艺流程进行定位误差溯源,分析其误差的来源及传递机理;其次,将定位误差分为刚性误差和柔性误差两部分,采用Monte-Carlo法模拟刚性定位误差的分布,通过齐次坐标变换分析刚性误差的传递过程,利用有限元虚拟仿真计算关键特征点的柔性变形误差;再次,集成刚性误差与柔性误差,基于统计学思想讨论特定置信度下的定位误差分布规律;然后,基于脚本语言开发Abaqus参数化模型,通过Isight进行后台调用及赋值规划,实现基于带精英策略的非支配解排序遗传算法(NSGA-II)的定位点布局多目标优化;最后,以某型飞机机翼上侧壁板的一号组件为实例,验证了该方法的可行性。     

基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法

柔性零件广泛用于航空、汽车等产品中,在柔性件的装配过程中,装配尺寸质量受零件制造、夹具和连接过程中多种偏差源的耦合影响,分析和控制难度大。提出了一种基于夹具主动定位补偿的装配偏差优化方法。首先,基于柔性件装配的受力变形分析,建立了考虑夹具法向定位误差的装配偏差模型。然后,根据上述模型,以夹具法向定位补偿量为优化变量,提出了夹具法向补偿量的优化模型和求解算法。以金属薄板装配和飞机壁板件装配为例,分别利用实验及有限元仿真分析了有无夹具主动定位补偿下的装配偏差。结果表明,夹具法向定位补偿对于减小柔性件的装配偏差具有显著效果,从而验证该优化算法的有效性和准确性。     

一种基于标识的增强现实交互方法

增强现实系统中,不同标识上虚拟物体交互行为比较单一,且大多根据标识问的距离控制交互,当系统中标识增多时,系统的运行效率将大大降低。本文将虚拟现实中的感知技术引入到系统中,为虚拟物体建立了一种基于空间距离的感知模型,将标识间的距离分级,虚拟物体对处于自己感知域内不同距离级别上的其它虚拟物体采取不同的交互行为。实验结果表明,该方法可以丰富虚拟物体的交互行为,同时满足系统实时性需求。     

高速复杂流动结构的视频测量

为了定量显示空腔高速复杂流动结构,采用均布的小圆点作为背景纹影(BOS)的背景点,利用视频测量(VM)成熟的小圆点图像定位与匹配技术,克服了现有图像互相关技术对BOS的限制;推导非平行光穿过流场的偏折位移/角计算公式,基于VM的共线方程,准确计算从背景点到相机摄影中心的光束穿过流场产生的偏折位移场和光程差场(OPD)。FL-21风洞的某空腔高速(马赫数为0.6~2.0)复杂流动结构的视频测量结果表明:本方法可清楚分辨出亚微米量级的光程差差异与微弧度量级的偏折角差异,定量显示空腔高速流动产生的波/涡/剪切层的位置、强弱及其相互关系,为复杂流动结构与气动光学效应的测量与显示提供新的途径,其光路简单、无需价格昂贵的相干光源,具有应用前景。     

Visual inspection of aircraft skin: Automated pixel-level defect detection by instance segmentation

Skin defect inspection is one of the most significant tasks in the conventional process of aircraft inspection. This paper proposes a vision-based method of pixel-level defect detection, which is based on the Mask Scoring R-CNN. First, an attention mechanism and a feature fusion module are introduced, to improve feature representation. Second, a new classifier head—consisting of four convolutional layers and a fully connected layer—is proposed, to reduce the influence of information around the area of the defect. Third, to evaluate the proposed method, a dataset of aircraft skin defects was constructed, containing 276 images with a resolution of 960 × 720 pixels. Experimental results show that the proposed classifier head improves the detection and segmentation accuracy, for aircraft skin defect inspection, more effectively than the attention mechanism and feature fusion module. Compared with the Mask R-CNN and Mask Scoring R-CNN, the proposed method increased the segmentation precision by approximately 21% and 19.59%, respectively. These results demonstrate that the proposed method performs favorably against the other two methods of pixel-level aircraft skin defect detection.     

直升机多模态控制律的全飞行包线设计

根据直升机飞行模态的特点,提出了一种的内／外回路控制结构,将不同飞行模态通过内／外回路结构有机地联系起来,不仅简化了直升机多模态控制律的设计,还简化了模态转换的控制器结构。最后,用这种结构将直升机多模态控制律的全飞行包线设计分解为内回路的控制器切换和外回路的模态转换,设计思路避免了传统的增益调参。     

汉语动词框架库的自动构建技术研究

语义知识库是自然语言处理的基础性工程,但现阶段语义知识库的构建,大部分基于人工。针对动词语义信息在自然语言处理中的实际应用,提出了自动构建汉语动词框架库的方法。首先,本系统针对不同的格关系抽取不同的扩展特征,并提出了将格标作为特征,训练得到基于最大熵的格关系识别模型,从而有效的识别了文本中的动词格关系。其次,采取有效的基于现有词语相似度的算法,并加入了启发式信息,从语料库中自动获取动词对必需格关系的语义选择限制。实验结果表明,对动词格关系识别的准确率达到了90．70％,在语义限制阶段,对必需格角色的语义类识别的准确率达到了98．00％。     

飞翼布局隐身翼型优化设计

针对飞翼布局设计中气动与隐身设计矛盾更为突出的问题,采用高精度气动和隐身计算方法,建立了基于Parsec参数化方法、径向基函数（RBF）神经网络、Pareto遗传算法和松散式代理模型管理方法的翼型多目标优化设计平台。根据飞翼布局内外翼不同功能和特点,确定了内外翼翼型不同的优化设计目标和约束条件,开展了兼顾气动与隐身性能要求的翼型综合优化设计研究。结果表明：对兼顾气动与隐身性能要求的飞翼布局,内翼段翼型主要通过弯度、前缘半径、尾缘角及厚度等设计,减小低头力矩和重点方位角的雷达散射截面（RCS）均值。外翼段翼型上表面的几何形状对跨声速气动效率的影响很大,应通过上表面设计提高跨声速气动效率,重点方位角RCS均值的减小则通过下表面设计实现。某些翼型参数对气动和隐身性能均有较大影响,但作用相反,应作为综合优化设计的主要设计参数,并采用不同的优化设计策略。Pareto方法给出的前沿阵面可为飞翼布局的三维设计提供更丰富的信息。     

一种适合于大尺寸航拍图像的特征点提取方法

一些航拍图像的尺寸较大,现有的特征点提取算法在对其处理时均要耗费大量的时间,针对这一问题,提出一种快速有效的特征点提取算法。首先构造原始图像的拉普拉斯金字塔,以获得图像的尺度信息,同时保留图像的方向信息;再使用非均匀多方向滤波器组将金字塔图像分解在不同方向上,在分解后的图像中提取局部极值点作为候选特征点集;采用特定的合并策略合并候选特征点最终得到特征点集,并根据方向滤波器组为特征点分配方向向量。试验结果表明,本文算法在基本保证提取到的特征点匹配率及正确率的前提下,有较高的效率。