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复杂背景下基于视觉指尖检测的机器人交互控制方法研究

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复杂背景下基于视觉指尖检测的机器人交互控制方法研究

作者：冯金香齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着人机交互技术的发展,智能化的机器人开始代替人类完成复杂、危险的任务,保证工作人员安全有效地处理各种问题。在人机交互过程中,手势指尖交互由于其具有高自由度、便利性等特点,被广泛应用于虚拟现实、增强现实等领域中。然而,在... 详细信息

随着人机交互技术的发展,智能化的机器人开始代替人类完成复杂、危险的任务,保证工作人员安全有效地处理各种问题。在人机交互过程中,手势指尖交互由于其具有高自由度、便利性等特点,被广泛应用于虚拟现实、增强现实等领域中。然而,在很多应用中,指尖检测算法会遇到背景复杂多变、光照剧烈变化以及手势自遮挡等问题,影响指尖检测的效果。因此,设计兼顾准确性与鲁棒性的指尖检测算法仍是一项具有挑战性的任务。本文针对人机交互过程中的指尖检测问题,从手势视觉特征与手势分割两个方向出发,提出了两种复杂背景下的指尖检测方法,并通过双目立体视觉原理将二维图像坐标转换成三维空间坐标,利用三维指尖位置坐标实现了机械臂的视觉手势牵引控制。具体研究内容如下:(1)为提高复杂背景下指尖检测的准确率,本文提出了一种基于手部轮廓部件投票的指尖检测算法。首先,采用整体嵌套边缘检测算法对手部图像和非手部图像进行边缘检测并提取轮廓边缘HOG特征以得到正负样本训练集,降低光照、颜色和纹理等因素对指尖检测的影响。其次,通过自定义的最大区分度特征过滤器从正样本集中筛选最大区分度特征,存储为特征字典,并将筛选出的最大区分度特征和负样本集输入到XGBoost分类器进行训练得到投票权分类器。然后,利用KNN算法将分类后的最大区分度特征与特征字典进行匹配,并通过Meanshift算法得到最终指尖位置。最后,对本文算法进行了测试,测试结果表明,本文算法的指尖检测准确率可以达到99%,预测的RMSE保持在5像素范围内,且比基于肤色分割、基于YOLO目标检测和基于YOLO-YCb Cr的指尖检测算法准确率更高。(2)为提高手势交互过程中指尖信息获取的准确性,减少复杂背景、光照变化和类肤色背景等因素对指尖检测的影响,本文提出了一种基于半监督生成对抗网络语义分割的指尖检测算法。首先,通过双目摄像机采集双视角手势图像,建立一个手部图像语义分割数据集。其次,使用数据集训练生成对抗网络,生成对抗网络算法通过生成器与判别器的对抗学习,可以有效地克服传统语义分割忽视像素间的关联性的问题。在训练过程中,使用半监督的训练方式,有效地解决了语义分割标签获取难的问题。然后,使用训练好的语义分割模型对手势图像进行语义分割,通过最大重心距离法从得到语义分割图像中检测指尖点的位置坐标。最后,本文通过设置对比实验,验证了生成对抗网络对语义分割网络的提升效果,并且通过全监督与半监督训练的对比实验,证明了通过半监督学习的方式能够降低训练集的制作成本,提高语义分割的精度。(3)为获取指尖点在三维空间中的坐标,以便于通过指尖进行人机交互,本文提出了一种基于双目视觉的指尖点三维重建方法。该方法主要包括四个步骤:双目标定、双目校正、立体匹配和三维重建。首先,通过双目标定获取双目摄像机的内外参数,利用摄像机内外参数进行双目校正。对于立体匹配环节,由于本文算法通过指尖检测获取到了双视角图像中的指尖坐标,双视角图像中的指尖点是匹配的,故无需立体匹配。然后,利用双目立体视觉原理对二维指尖坐标进行三维重建,得到指尖点的空间坐标。最后,对本文提出的三维重建方法进行了验证,实验结果表明,本文算法三维重建的相对误差在1.5%范围内,为后续的指尖交互应用奠定了基础。(4)为验证本文所提指尖检测算法在机械臂控制过程中的可行性,本文设计了一种基于视觉的手势牵引控制方法。首先,通过本文提出的指尖检测算法对双视角图像进行指尖检测,然后,利用本文设计的指尖点三维重建算法将二维指尖坐标转换为空间指尖坐标,最后,通过对比非奇异终端滑模控制方法和基于PD控制的计算力矩控制方法的控制效果,证明了非奇异终端滑模控制策略的响应速度更快、抗干扰能够更强,能够很好地实现视觉手势牵引控制。

关键词：指尖检测 HOG特征生成对抗网络双目三维重建人机交互

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通过三个途径加强养成教育

山西教育（管理版） 2013年第12期 36-37页

作者：冯金香祁县王村中学

有人说：“孩子的心灵是一块神奇的土地，播上思想的种子就会有行动的收获；播上行动的种子就会有习惯的收获；播上习惯的种子就会有品德的收获；播上品德的种子就会有命运的收获。”由此可见，学校在对学生进行教育时必须在其心灵上播... 详细信息

有人说：“孩子的心灵是一块神奇的土地，播上思想的种子就会有行动的收获；播上行动的种子就会有习惯的收获；播上习惯的种子就会有品德的收获；播上品德的种子就会有命运的收获。”由此可见，学校在对学生进行教育时必须在其心灵上播撒下优良品德的种子，而优良品德形成的基础则是良好行为习惯的养成。

关键词：养成教育品德形成良好行为习惯种子心灵孩子学生学校

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浅析电力系统的信息化技术应用

计算机光盘软件与应用 2014年第23期17卷 143-143,145页

作者：冯金香国网福建省电力有限公司福州供电公司福州350000

当前民众对于环境污染议题的重视,导致了新能源行业的不断探索发展,也要求传统电力系统应不断融入信息化技术,以确保绿色可持续能源发展的实现。在这种背景下,智能电网作为最前端的信息技术应用,目前已经得到了广泛的关注。本文首先探... 详细信息

当前民众对于环境污染议题的重视,导致了新能源行业的不断探索发展,也要求传统电力系统应不断融入信息化技术,以确保绿色可持续能源发展的实现。在这种背景下,智能电网作为最前端的信息技术应用,目前已经得到了广泛的关注。本文首先探讨了新能源与智能电网系统的发展,进而分析了智能电网系统的基本构成,以及智能电网系统与云端技术的融合两大内容,最后进行了相关的总结。

关键词：电力系统信息化技术应用智能电网

拜登政府“印太供应链联盟”的战略逻辑与困境——基于供应链权力视角的分析

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东北亚论坛 2024年第1期33卷 80-95,128页

作者：金香丹吉林大学东北亚研究中心长春130012 吉林大学东北亚研究院

构建“供应链联盟”是拜登政府对华制衡政策框架的重要组成部分,旨在强化美国对印太地区供应链的控制力,削弱中国影响力。拜登政府无视供应链权力结构的本质特征,利用地区各国对其安全、经济依赖,推动供应链由“经济驱动”向“政治驱动... 详细信息

构建“供应链联盟”是拜登政府对华制衡政策框架的重要组成部分,旨在强化美国对印太地区供应链的控制力,削弱中国影响力。拜登政府无视供应链权力结构的本质特征,利用地区各国对其安全、经济依赖,推动供应链由“经济驱动”向“政治驱动”方向调整。然而,权力来源多元、环节复杂交叉、相互依赖导致一国控制供应链的难度愈加提高。面对供应链复杂性与中国生产、资源、市场优势,“联盟”难以精确确定对华“断链脱钩”范围,亦无法根本性降低对华依赖。而在分散化供应链权力结构下,美国的伙伴国势必在发展与安全间寻求平衡,拜登政府协调联盟的难度持续加大。供应链权力结构调整的结构性动力来自于中美实力差距变化,所谓“联盟”难以实质性强化美国的供应链权力,中国与域内各国所形成的供应链黏性成为反制美国单方面对印太供应链塑造的基础。

关键词：拜登政府供应链联盟供应链权力中美竞争印太经济框架

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铌——稀有金属中的合金贵族

矿物岩石地球化学通报 2024年

作者：陈金香费光春成都理工大学地球与行星科学学院

自然界中，铌元素（Nb）主要以独立矿物、类质同象及细小包裹体三种赋存状态，同时还常与钽元素密切共生（Ta），形成铌钽矿床。独立矿物是指铌元素以烧绿石、铌铁矿等含铌矿物形式存在，肉眼可见或显微镜下能进行矿物学研究的矿物颗粒...

自然界中，铌元素（Nb）主要以独立矿物、类质同象及细小包裹体三种赋存状态，同时还常与钽元素密切共生（Ta），形成铌钽矿床。独立矿物是指铌元素以烧绿石、铌铁矿等含铌矿物形式存在，肉眼可见或显微镜下能进行矿物学研究的矿物颗粒；类质同象是指铌以离子形式替换矿物晶格中性质相似的Sn、Fe、Mn、Ta等离子，而矿物晶体结构不改变的现象；细小包裹体是指铌元素以粒径更小的含铌矿物形式被其他矿物所包裹。

关键词：

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基于机会约束的单服务台就诊预约调度优化

系统工程理论与实践 2024年

作者：韦金香胡照林罗俊同济大学经济与管理学院上海交通大学安泰经济与管理学院

随着社会的发展，能够提高医疗服务质量的预约调度管理越来越受到医疗机构运营管理者的重视。本文研究了单服务台就诊的预约调度问题，考虑了服务台对每个患者的服务时长具有随机性；为了保证医疗服务人员的工作质量，本文利用概率约束... 详细信息

随着社会的发展，能够提高医疗服务质量的预约调度管理越来越受到医疗机构运营管理者的重视。本文研究了单服务台就诊的预约调度问题，考虑了服务台对每个患者的服务时长具有随机性；为了保证医疗服务人员的工作质量，本文利用概率约束控制服务台的超时时长，将医疗服务人员的加班时长以一定概率限制在合理范围内，建立了基于机会约束的预约调度模型。建立了基于机会约束的预约调度模型。为了求解大规模场景下该类预约调度问题，本文首先对原机会约束模型进行重构，得到原问题的等价模型；随后考虑服务时长的随机向量服从Gaussian分布和不服从Gaussian分布的情形。针对随机向量服从Gaussian分布的情形，本文设计了基于梯度的方法对等价模型进行求解，并证明该方法能够获得模型的全局最优解；而对于不服从Gaussian分布的情形，本文基于条件风险价值近似等价模型，并设计了Benders分解算法求解得到近似模型的全局最优解。最后通过仿真实验展示了在大规模算例下，模型的可行性和算法的有效性，并通过分析数值结果，为医疗机构运营管理者提供预约调度决策建议。

关键词：预约调度机会约束 Gaussian分布条件风险价值梯度方法 Benders分解算法