一种改进的基于Hough变换的精确圆检测方法

在空间航天飞行器的对接过程中,合作目标背景的复杂性使得对圆形对接靶标部位的准确快速识别能力显得至关重要.为了克服Hough变换的圆检测遍历边缘点的局限性,采用图像预处理方法,极大地减少了参与Hough变换的无效像素点,并对边缘进行抽样提高Hough变换圆检测效率;针对Hough变换圆定位精度低,对Hough变换检测出的像素点,采用最小二乘拟合圆心得到亚像素的圆心拟合精度.一方面利用Hough变换检测圆的鲁棒性,有效地解决了最小二乘拟合的平方项对离群点敏感的问题;另一方面利用了最小二乘法的精确性提高圆心的定位精度.仿真结果和实验结果均证明了方法可将圆定位精度提高到1/20像元.     

一种基于边缘检测的虹膜定位算法

虹膜定位是虹膜识别过程中的重要环节,定位速度和精度决定了整个虹膜识别系统的性能。依据虹膜图像特点,提出了一种基于边缘检测的虹膜定位算法:首先利用Sobel算子提取虹膜图像的边缘;然后在边缘图中利用扫描线和直线拟合法粗定虹膜中心及半径;最后在原图边缘附近利用改进的Daugman算子进行虹膜精确定位。与传统的虹膜定位方法相比,该算法快速有效,提高了虹膜定位的速度和精度。     

空间机械臂视觉测量技术研究

空间机械臂技术是维护空间站、执行指定任务、保障航天员出舱作业的安全等必不可少的关键技术。视觉测量技术则是保证空间机械臂顺利完成空间遥操作任务的前提。基于此前提,首先对空间机械臂视觉测量技术进行了概述,并分别对手眼关系标定、标志器识别以及相对三维位姿测量等关键技术进行了阐述;然后,以加拿大机械臂为例提出了一种基于边缘特征的标志器识别算法,给出了具体的识别流程,并采用一种基于非迭代的相对位姿测量算法实现了位姿求解;最后,针对标志器识别算法和位姿测量算法给出了基于仿真图像的实验结果和机械臂原理样机集成实验结果。最终实验结果表明:提出的空间机械臂视觉测量方法合理可行,满足预期的技术指标要求,具有较强的工程应用价值。     

基于多智能体强化学习的空间机械臂轨迹规划

针对某型六自由度（DOF）空间漂浮机械臂对运动目标捕捉场景,开展了基于深度强化学习的在线轨迹规划方法研究。首先给出了机械臂DH （Denavit-Hartenberg）模型,考虑组合体力学耦合特性建立了多刚体运动学和动力学模型。然后提出了一种改进深度确定性策略梯度算法,以各关节为决策智能体建立了多智能体自学习系统。而后建立了"线下集中学习,线上分布执行"的空间机械臂对匀速直线运动目标捕捉训练系统,构建以目标相对距离和总操作时间为参数的奖励函数。最后通过数学仿真验证,实现了机械臂对各向匀速运动目标的快速捕捉,平均完成耗时5.4 s。与传统基于随机采样的规划算法对比,本文提出的自主决策运动规划方法求解速度和鲁棒性更优。     

红外成像导引系统跟踪算法研究

实时目标跟踪是当前红外成像导引头图像处理中的关键技术,但是在目标跟踪的末端,匹配点漂移和滑动将直接影响目标跟踪精度,甚至使导弹丢失目标。本文深入分析了跟踪点滑动的原因,提出了基于特征点邻域的边缘模板匹配目标跟踪算法。该算法从红外图像中获取特征点,以特征点为中心选取参考模板,然后利用边缘检测算法获得边缘点集,最后使用改进的Hausdorff距离测度进行边缘点集的匹配,从而实现实时目标跟踪。仿真实验测试证明,该方法能够很好地解决跟踪点滑动和漂移问题,并满足实时性要求,跟踪稳定。     

天基预警系统弱小目标检测技术研究

为了确保天基预警系统的探测能力,要求系统具有很强的弱信号目标检测与识别能力和实时预警能力。为了能够在复杂云层背景条件下,快速实时有效地检测出红外图像中的弱目标,本文提出了采用基于广义最大似然比准则的弱目标检测算法。通过实验验证,该算法能有效克服云层背景的影响,在目标信噪比很低的情况下可靠检测目标。     

结合深度学习的机械臂视觉抓取控制

针对基于视觉的机械臂抓取精确抓取的需求,考虑传统的视觉识别算法受环境、对象变化的制约且在识别正确率及快速性上存在的问题,在现有研究的基础上,提出了一种基于深度学习的目标精确检测与识别方法。首先基于深度学习改进了YOLO算法,通过对数据集的训练,基于英伟达Jetson TX1高性能处理单元实现了复杂环境下多目标的识别与定位,给出了目标的类别与位置等信息;以此为基础,结合利用Move It!功能包完成的机械臂运动轨迹的求解与规划,以及基于李群李代数建立的递推正逆动力学模型,设计了机械臂抓取控制的滑模控制律。仿真及实物验证表明,基于深度神经网络的方法学习到的特征对复杂背景具有较强的鲁棒性和稳定性;所设计的滑模控制算法在0.21 s时跟踪误差在2%,取得了较高的控制精度。可为后续视觉抓取任务提供参考。     

空间非合作目标多指包络抓捕路径设计

针对现有空间非合作目标抓捕中存在无固定抓捕点以及待抓捕目标存在动态性等问题,提出了一种"主-从"式多指包络抓捕路径设计算法。首先,为了降低多指包络构型设计中的自由度,将多指机构分为一根主手指和其余从手指两类。然后,为了实现对具有动态性的空间非合作目标的抓捕,采用误差跟踪控制方法使主手指的基关节与包络点之间的运动保持同步。接着,引入单向距离的概念衡量主手指构型和包络边相似度,并利用快速搜索随机树算法寻找使得单向距离最小的主手指关节角取值。进一步,根据多指机构的结构模型,确定其余从手指的构型。最后,根据包络条件选择能够约束住空间非合作目标运动的有效包络构型。通过对可以简化为扁平型的空间非合作目标和一般性三维空间非合作目标这两类目标的包络抓捕仿真可以得出,所设计的算法可适用于一般性空间非合作目标的包络抓捕,同时计算复杂度也大大降低。     

基于边缘与非边缘分开处理的印刷品缺陷检测

针对印刷品缺陷检测问题,通过对经典缺陷识别算法的研究,提出了一种边缘点与非边缘点分开处理的印刷品检测缺陷识别算法。算法以统计过程原理为出发点,根据边缘点和非边缘点不同的像素特征,对非边缘点采用统计阈值法处理,对边缘点采用邻域平均值与梯度值相结合的算法处理。该算法经过实验证明,能够有效地剔除伪疵点,提取出真正的缺陷。     

面向空间机械臂的视触融合目标识别系统

为了解决由于视觉传感器视角单一、光线条件复杂导致的空间机械臂作业中相似目标识别较差的问题,提出一种基于CNN-GRU的视触融合目标识别系统.系统由机械臂、灵巧手和视觉传感器构成,实现了对目标物视觉和触觉信息的自主采样,并通过CNN-GRU网络提取视觉信息的空间特征和触觉信息的时序特征,有效利用多模态信息,提高目标识别的...     

基于合作目标和视觉的无人飞行器全天候自动着陆导引关键技术

 GPS受他国控制和易受干扰对基于该导航系统的无人飞行器导航和着陆具有潜在危险,为了使其安全自动着陆,提出通过在着陆跑道(广场或公路)上预设具有受控发射红外光的地面合作目标,实现无人飞行器的视觉全天候自动精确着陆新技术。首先研究得到切实可行的工作过程;然后研制了合作目标,通过理论分析和实验得出,无论能见度高低,8~12 μm中远红外视觉系统探测到的合作目标图像质量远优于可见光视觉系统,研究得到合作目标和背景的温差在170~200 ℃时,成像效果最好。在识别研究中发现,基于传统的不变矩算法对合作目标的识别可靠性稍差,为了进一步准确地识别合作目标,又提出了基于方向链码的合作目标识别算法,该方法的耗时为不变距的96%,但是识别的可靠性比前者有显著提高。     

基于无序点云的叶片截面特征参数提取

针对提取航空发动机叶片截面特征参数的实用性要求,研究了基于无序点云数据的叶片截面特征参数提取方法.综合距离法和二分法的优点,采用基于矩形腐蚀法的距离-二分法对点云数据排序,基于最小包容区域直线和最小二乘圆拟合,提出了将整条叶片截面点云数据分割成前缘、后缘、叶盆和叶背4部分的自动分区方法,对特征参数提取方法做了研究并用VC++进行算法实现,使用UG/OpenGrip生成UG中叶片截面上的点云数据进行实验运算,计算精度达到10-4mm,表明在实际测量和参数提取中算法误差可以忽略.      

在轨服务中非合作目标空间圆检测方法研究

为自主完成空间服务任务,需要满足各种功能需求、突破多种关键技术。针对在轨服务中具有圆特征的非合作目标空间圆（星箭对接环、发动机喷管等）,首先分析了非合作目标空间圆检测技术在在轨服务系统中的主要应用;然后提出了一种非合作目标空间圆的检测方法,通过Canny算子检测边缘,并用Freeman链码法对边缘进行提取分类,再利用RED算法进行非合作目标空间圆检测;最后给出仿真结果,在保证检测精度的前提下,较传统的RED算法明显降低了算法的耗时量。     

A New Approach to Geometry of Range Difference Location

Loran, as an example of a ?hyperbolic? range difference location system, provides hyperbolic lines of position on which the target must lie. It is shown in this paper that lines of position need not be hyperbolic, i.e., an exact straight line of position on the plane or the surface of a sphere (where the solution is a great circle) is derived and computer-generated error maps are given.     

基于视觉引导着陆的微小型四旋翼设计及实现

为了增强四旋翼的自主性,借用视觉导航方法要求在GPS丢失信号或信号精度不高的情况下进行辅助定位,使得四旋翼能够在某些特殊需求场合自动着陆。针对Harris角点检测算法计算量大的问题,设计了一种快速、准确的标志图像识别算法,将一个区域内的所有角点转换成一个单值角点,替代了Harris算法中的局部非极大值抑制算法,减小了计算量,并进一步设计了视觉模式下的姿态与位置转换算法和视觉着陆控制算法。为了验证所设计算法的可行性和有效性,基于STM32单片机搭建了微型四旋翼实验平台系统,并实时在线进行了性能实验,结果表明,标志图像识别算法能正确检测和识别出标志图像,视觉着陆算法也成功实现了四旋翼实验平台的着陆功能。     

三维机身外形快速生成及表面分块

 本文提出了纵向放样线作锥线链的最小二乘法拟合,剖面外廓线作圆弧、椭圆弧及直线混合融合计算的三维机身外形生成方法。在SIEMENS 7.760机上建立了包含计算机绘图在内的FORTRAN程序。可以方便而快速地生成构形复杂的三维机身外形及气动力面元法分析所需的表面小块。几个算例证实了本法的通用性、快速性及简便性。程序发展后可能作为CAD中的图象主尺寸系统。     

一种基于类间方差的地平线检测算法

 针对视觉导航中用于微型飞行器（MAV）稳定飞行控制的地平线提取问题,提出一种基于类间方差的地平线检测算法。该算法使用角度和距离两个变量进行图像中直线的穷举,选取像素的蓝色分量作为区分天地的特征,利用类间方差构造判别准则进行直线的最优选择,从而实现地平线的检测。实验结果表明：与基于色彩协方差矩阵的地平线检测算法相比,本文算法对地平线检测的平均角度误差减少1°,距离误差减少3个像素,角度和距离参数的检测正确率分别提高1.98%和4.95%,且具有良好的速度特性。     

面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。