基于时空显著性建模的空中飞行器跟踪方法

以复杂背景下空中飞行器的鲁棒视觉跟踪问题为研究背景，为解决现有跟踪方法目标表征模型不够精确，算法鲁棒性严重受到目标形变、宽高比变化、复杂背景等因素干扰的问题，提出了建模跟踪场景中独立物体的显著性特性，用于构建精确的目标模型。提出的显著性估计方法有别于传统的单帧检测方法，利用跟踪算法提供的背景先验知识以及多帧图像观测数据，使用时空联合的方式进行建模估计，其结果用来指导目标跟踪算法选取有效视觉特征，建立精确目标表征模型，减小背景区域对算法模型的干扰。实验表明，提出的方法为上述难点问题提供了有效的解决方案，对空中飞行器的跟踪精度与鲁棒性优于大多数最先进的主流方法，在其他类型的目标跟踪任务中也有十分优越的性能表现。     

空间静态配置算法的研究与应用

对嵌入式操作系统设计中的存储空间静态配置进行了分析。在简要介绍空间静态配置基本原理的基础上,重点阐述了静态空间划分的具体实现方法以及空间静态配置系统的设计与组成,并对静态配置算法和动态配置算法进行了对比分析,最后介绍静态空间配置算法的具体应用实例。     

仿鹰眼-中脑机制的无人机空中加油显著性检测

空中加油是提高无人机（UAV）空中持续作战能力的重要技术，其中对加油锥套的检测和识别是实现空中加油的首要任务。针对空中加油快速、准确的目标检测难题，结合鹰眼敏锐的视觉机制，设计了一种仿鹰眼-中脑机制的显著性检测算法，采用仿鹰眼颜色拮抗和明暗适应机制模型从加油锥套视频序列中提取多通道图像特征，为适应锥套在图像中的面积，模拟仿鹰中脑网络门控机制对多通道特征显著图进行空间门控处理，模拟仿鹰中脑网络增益机制对显著图进行增强处理。通过公开数据集和空中加油试飞数据集分别进行了测试，仿真对比实验结果验证了所提出的显著性检测算法可在设定显著目标面积占比的条件下有效抑制背景影响，并能检测到空中加油的锥套目标。     

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。     

基于注意力模型的视觉/惯性组合里程计算法研究

由于外界环境的干扰和传感器精度的限制,视觉/惯性组合里程计的输入数据存在一定的噪声,这会增加里程计的解算误差,而且误差会随着时间积累。针对以上问题,设计了一种基于注意力模型的视觉/惯性组合里程计算法。该算法使用卷积神经网络和长短时记忆网络分别构建了视觉特征提取器与惯导信息特征提取器,同时引入了两种注意力模型:加权组合网络以及开关组合网络,对视觉特征信息和惯导特征信息的融合噪声进行降噪处理。通过在组合里程计算法中添加闭环校正环节,有效地抑制了里程计误差随时间的积累。对比实验结果表明,设计的组合里程计算法与其他算法相比,无论在性能上还是在精度上都有明显的提升。     

基于空间自适应剖分的 Lightcuts多光源聚类算法

针对Lightcuts算法在面对大规模复杂光源时计算效率较低的问题,提出了一种基于空间自适应剖分的Lightcuts多光源聚类算法。该算法采用二叉树森林代替传统Lightcuts算法中的二叉树,并提出自适应的视景体划分方法对三维场景进行剖分,通过构建包含"簇-光源"对的列表,快速剔除与当前渲染点无关的光源,同时利用空间聚类的相似性减少"光源割"搜索过程中的重复计算。实验结果表明,与传统方法相比,文章提出的算法在"光源割"计算阶段能够将搜索步数平均减少30.71%~42.09%,绘制时间平均缩短28.35%~34.84%,有效地加快了Lightcuts算法的计算速度,提高了多光源三维场景的绘制效率。     

一种改进点线特征融合的双目视觉惯性定位算法

在复杂产品装配过程中,对增强现实设备定位是实现虚拟引导信息与装配现场实时融合的核心。传统基于标签或预先构建离线装配基体模型的定位方式,存在装配任务与视觉定位兼容性低,单一视觉定位鲁棒性和稳定性差的问题。利用多传感器融合的视觉惯性导航方式进行定位,可提高定位的精度和鲁棒性,有效提高复杂产品装配质量和效率。本文提出了一种基于点线特征融合的双目视觉惯性定位算法,对双目相机和惯性测量单元（Inertial measurement unit,IMU）进行联合标定,并通过ORB和LSD线端融合的点线特征提取匹配,采取视觉和IMU紧耦合的方式,建立基于点线特征的视觉惯性融合的位姿误差融合模型。对比VINS-Fusion、PL-VIO和本文改进IPLVIO算法,结果表明IPL-VIO算法在结构化场景下的绝对位移和旋转误差比原算法误差更小,同时结构化场景信息更加丰富,能够应用在弱纹理的AR装配现场中,为增强现实辅助装配平台提供稳定可靠的位姿数据。     

航天器空间对接位置视觉测量方法

针对航天器空间对接过程中对接环位置的实时测量问题,提出了一种基于单目视觉的对接环识别定位新方法.通过将采集到的目标图像序列RGB信息转换到HSV色彩空间,以图像色调值为判据,实现了航天器空间对接环目标特征的有效提取.结合最小二乘椭圆拟合算法和小孔成像理论,建立了单目视觉的对接环识别定位模型,以完成航天器空间位置的精确计算.仿真结果表明,航天器近距定位可达到小于2 cm的精度,完全能够满足对接的精度要求.     

双目视觉绳系支撑飞行器模型位姿动态测量

绳牵引并联机器人（WDPR）为风洞试验提供了一种新型支撑方式,可用于多/六自由度风洞复杂动态试验。针对该支撑下飞行器模型的大范围运动,发展了一种基于双目视觉的模型位姿动态测量方法。首先,设计了一种编码合作标志点,合理布置于模型表面,通过图像处理消除绳对标志点成像干扰,进行标志点三维重构;然后,利用绝对定姿算法求解相对位姿初值,且给出了理论误差分析,并基于双目相机重投影误差构建李代数下的无约束最小二乘优化问题,采用L-M算法进行位姿优化;最后,采用该测量系统分别进行了静态和动态精度验证试验,以及大迎角俯仰振荡等3种单/多自由度典型运动轨迹测量。试验数据显示,静态角度和位移测量精度分别优于0.02°/0.02 mm;动态测量时角度精度可达到0.1°量级,位移平均误差为0.4 mm。研究结果表明：设计的双目视觉测量系统是有效可行的,可为后续风洞试验的实际应用提供支持。     

结合跳点引导的无人机随机搜索避撞决策方法

针对无人机在城市空域环境和密集交通流下的避撞决策问题，提出马尔科夫决策过程（MDP）和蒙特卡洛树搜索（MCTS）算法对该问题进行建模求解。蒙特卡洛树搜索算法在求解过程中为保证实时性而使其搜索深度受限，容易陷入局部最优，导致在含有静态障碍的场景中无法实现避撞的同时保证全局航迹最优。因此结合跳点搜索算法在全局规划上的优势，建立离散路径点引导无人机并改进奖励函数来权衡飞行路线，在进行动态避撞的同时实现对静态障碍的全局避撞。经过多个实验场景仿真，其结果表明改进后的算法均能在不同场景中获得更好的性能表现。特别是在凹形限飞区空域仿真模型中，改进后的算法相对于原始的蒙特卡洛树搜索算法，其冲突概率降低了36%并且飞行时间缩短47.8%。     

无人机虚拟视景显示技术研究

基于无人机模拟飞行的虚拟视景显示技术是三维可视化显示研究的一个重点,虚拟视景实时同步显 示是三维可视化实现中必须解决的一个难题。本文分析了实现无人机模拟飞行三维虚拟视景系统的基本结构、 实现过程以及显示方式,提出了无人机模拟飞行三维虚拟视景可视化空间信息动态同步、多方位、多视角的显 示方式及显示的关键技术。     

Using natural features for vision based navigation of an indoor-VTOL MAV

The use of natural features for vision based navigation of an indoor Vertical-Take-Off-and-Landing (VTOL) Micro Aerial Vehicle (MAV) named Air-Quad is presented. Air-Quad is a small four-rotor helicopter developed at the ITE.Such a helicopter needs reliable attitude information. The measurements of the used MEMS gyroscopes and accelerometers are corrupted by strong noise. To be useful, the MEMS sensors have to be part of an integrated navigation system with aiding through complementary sensors like GPS or the computer vision module presented here.In the computer vision module, feature points are detected and tracked through the image sequence. The relative rotation and translation of the camera are estimated using the two-dimensional motion of the feature points.The three-dimensional points in the scene are modeled with the image coordinates of their first sighting and their inverse depths. Only these inverse depths are estimated for the feature points. An efficient sparse bundle adjustment algorithm is used to improve the estimation of the scene structure and the navigation solution.It is shown that the use of the computer vision module greatly improves the navigation solution compared to a solution based only on MEMS sensors.     

Multistage integration model for human egomotion perception

Human computational vision models that attempt to account for the dynamic perception of egomotion and relative depth typically assume a common three-stage process: first, compute the optical flow field based on the dynamically changing image; second, estimate the egomotion states based on the flow; and third, estimate the relative depth/shape based on the egomotion states and possibly on a model of the viewed surface. We propose a model more in line with recent work in human vision, employing multistage integration. Here the dynamic image is first processed to generate spatial and temporal image gradients that drive a mutually interconnected state estimator and depth/shape estimator. The state estimator uses the image gradient information in combination with a depth/shape estimate of the viewed surface and an assumed model of the viewer's dynamics to generate current state estimates; in tandem, the depth/shape estimator uses the image gradient information in combination with the viewer's state estimate and assumed shape model to generate current depth/shape estimates. In this paper, we describe the model and compare model predictions with empirical data.     

支持设计决策的材料信息模型

材料信息是支持并行设计决策信息的重要组成部分.本文在深入分析了产品与工艺设计决策需求的材料信息基础上,建立设计决策支持的材料信息需求框架;并在此基础上,提出基于XML的材料信息三层表示模型,即基础层、逻辑层和应用层;最后,从应用层上,建立基于IDEF0的设计决策支持的制造质量信息功能模型.     

基于敏感性分析的反应动力学自适应建模方法

为了降低采用基元燃烧模型模拟反应流的计算时间,提出一种基于敏感性分析的自适应化学反应机理简化方法。该方法结合敏感性分析方法与自适应机理简化的思想对详细化学反应机理在不同工况点进行简化,并形成即时简化机理集。在燃烧模拟过程中,对于不同反应工况点使用不同的即时简化机理对反应流进行数值模拟,以替代传统的全局使用单一简化机理的反应流数值模拟方法。基于GRI-3.0机理,采用均相大空间甲烷自燃着火过程对该方法进行了测试;简化机理与详细机理计算结果的比较,证明了该方法的正确性与高效性。     

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...     

结构动特性分析的超单元法

提出一种超单元法,将一个细化的静力学有限元模型转化为反映整体性能的动力学有限元模型。这里定义的超单元具有子结构和协调有限元双重特性。生成了刚性超结点和弹性超结点,以及3刚性超结点和4刚性超结点超单元,从而为构造超单元模型奠定了基础,实现了建模的一致性。算例表明本文提出的超单元法是对动力学有限元模型的精确描述,算法的计算效率高,工程适用性好。     

基于结构张量特征的机体损伤区域动态划分

为提升飞机结构损伤维修分析的智能化水平,实现飞机结构损伤模型的高效重构,提出了基于结构张量特征的动态阈值损伤区域划分方法。首先,引入结构张量理论,特征表示图像局部颜色结构纹理,完备损伤图像特征表示;其次,通过构建共性分布的结构张量特征空间,从而使不同损伤图像具有一致性损伤区域划分流程;在此基础上,定义了动态阈值划分算子,并通过对动态阈值划分算子参数的计算,实现结构张量特征空间中的动态阈值划分;最后,选用不同飞机结构损伤实例图像对方法进行了对比验证。验证结果表明,相比于传统灰度方法、固定阈值划分和其他动态阈值划分算子,椭圆算子划分得到的损伤边界连贯完整,能够有效分割微小裂纹,噪点较少,质量较优。该方法运算高效、流程统一、特征表示完备,对不同类型结构损伤的适用性好。     

Gust response analysis and wind tunnel test for a high-aspect ratio wing

A theoretical nonlinear aeroelastic response analysis for a flexible high-aspect ratio wing excited by harmonic gust load is presented along with a companion wind tunnel test. A multidisci-plinary coupled numerical calculation is developed to simulate the flexible model wing undergoing gust load in the time domain via discrete nonlinear finite element structural dynamic analysis and nonplanar unsteady vortex lattice aerodynamic computation. A dynamic perturbation analysis about a nonlinear static equilibrium is also used to determine the small perturbation flutter bound-ary. A novel noncontact 3-D camera measurement analysis system is firstly used in the wind tunnel test to obtain the spatial large deformation and responses. The responses of the flexible wing under different static equilibrium states and frequency gust loads are discussed. The fair to good quanti-tative agreements between the theoretical and experimental results demonstrate that the presented analysis method is an acceptable way to predict the geometrically nonlinear gust response for flex-ible wings.