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四旋翼在移动平台视觉导引自主降落研究综述

兵器装备工程学报 2023年第4期44卷 60-67页

作者：袁泽慧陈国栋李世中中北大学机电工程学院太原030051 江苏省机器人技术及智能制造装备工程实验室(苏州大学) 江苏苏州215021

四旋翼无人机能否在有限的空间内快速、精确的降落在地面移动平台上,进行充电或回收,保证无人机的自主复飞,是实现空地协同的前提。为进一步促进我国空地协同技术的研究和发展,综述了基于视觉导引方式的四旋翼无人机在移动平台上自主降... 详细信息

四旋翼无人机能否在有限的空间内快速、精确的降落在地面移动平台上,进行充电或回收,保证无人机的自主复飞,是实现空地协同的前提。为进一步促进我国空地协同技术的研究和发展,综述了基于视觉导引方式的四旋翼无人机在移动平台上自主降落的最新研究成果。在简要介绍四旋翼无人机自主降落技术的总体流程和主要框架基础上,提炼其中的关键技术:降落标识检测算法,无人机和地面移动平台状态估计,降落轨迹跟踪和控制器设计,针对各关键技术分析和总结了其相应研究方法,并对国内外若干研究团队设计的自主降落系统中采用的主要硬件设备、相应关键技术和取得的成果进行了梳理。讨论了当前的研究难点和可行的解决方案,并对未来发展的重点方向进行了展望。

关键词：空地协同四旋翼无人机自主降落移动平台视觉导引

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视觉导引AGV分段预测控制模型设计

北京邮电大学学报 2014年第4期37卷 15-19页

作者：张经天庄植均李忠明杨福兴北京邮电大学自动化学院北京100876 北京邮电大学计算机学院北京100876

针对视觉导引自动导引车的路径跟踪问题,提出了一种采用预测控制理论的分段控制模型.利用不等式约束对控制问题进行分段,提出以转弯半径为约束条件,解决了优化过程目标函数权重选择困难的问题.在每个控制阶段,采用单步预测方法找到最优... 详细信息

针对视觉导引自动导引车的路径跟踪问题,提出了一种采用预测控制理论的分段控制模型.利用不等式约束对控制问题进行分段,提出以转弯半径为约束条件,解决了优化过程目标函数权重选择困难的问题.在每个控制阶段,采用单步预测方法找到最优的目标点,在输入约束和状态约束下用解析方法直接解出最优控制量,提高了解最优问题的速度.整个控制模型及方法目标明确,计算快速且计算量小,完全可以满足实时控制的需要,仿真结果证明了预测模型的有效性.

关键词：视觉导引分段控制预测控制数学建模

视觉导引AGV鲁棒特征识别与精确路径跟踪研究

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农业机械学报 2016年第7期47卷 48-56页

作者：武星沈伟良楼佩煌王龙军南京航空航天大学机电学院南京210016

针对AGV多分支路径与工位点标识的可靠识别以及导引路径的精确跟踪问题,提出了一种基于双视野窗口的鲁棒特征识别与精确路径跟踪方法。采用整幅视野范围作为模式识别窗口,在该窗口采用基于核主成分分析(KPCA)和BP神经网络的识别方法,将... 详细信息

针对AGV多分支路径与工位点标识的可靠识别以及导引路径的精确跟踪问题,提出了一种基于双视野窗口的鲁棒特征识别与精确路径跟踪方法。采用整幅视野范围作为模式识别窗口,在该窗口采用基于核主成分分析(KPCA)和BP神经网络的识别方法,将路径特征通过核函数映射到高维空间进行PCA降维,再利用BP神经网络识别降维后的样本矩阵。同时提出一种导引扫描窗口设置方法,该窗口范围取决于摄像机竖直视角以及摄像机安装倾斜角,在导引扫描窗口内将导引路径简化为直线模型并用最小二乘法拟合,针对拟合直线计算导引所需的路径偏差。实验结果表明,KPCA-BP方法显著提高了路径特征识别的实时性和鲁棒性,6类路径特征的平均特征识别正确率为99.5%;导引扫描窗口有效减小了导引路径直线拟合的计算误差,直线路径跟踪误差小于3 mm,曲线路径跟踪误差小于30 mm。

关键词：自动导引车视觉导引特征识别路径跟踪核主成分分析 BP神经网络

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无人工标注的无人车视觉导引算法研究

无人工标注的无人车视觉导引算法研究

作者：徐锦江国防科技大学

学位级别：硕士

主流车辆自动驾驶技术方案,大多依赖高精度定位或准确道路感知。然而,受环境、天气、光照等多方面因素影响,目前还无法苛求对所有的驾驶场景,都能得到精确的定位信息和准确的道路感知信息。鉴于此,本文立足于不依赖高精度地图和高精度定... 详细信息

主流车辆自动驾驶技术方案,大多依赖高精度定位或准确道路感知。然而,受环境、天气、光照等多方面因素影响,目前还无法苛求对所有的驾驶场景,都能得到精确的定位信息和准确的道路感知信息。鉴于此,本文立足于不依赖高精度地图和高精度定位,面向多变的道路场景,通过无人工标注的方式,开展无人车视觉导引算法研究,并利用视觉导引算法实现无人车自主驾驶。本文的主要工作和成果为:(1)针对主流自动驾驶方案对高精度定位、准确道路感知的依赖问题和端到端自动驾驶算法存在的缺乏解释性、不可预测性问题,本文提出了一种基于路径导引点的车辆自动驾驶新思路。在此背景下,本文提出了基于视觉里程计和轮式里程计/IMU组合的两种路径引导点自动标注方法,实现了近乎“零成本”的标注数据获取,为后续开展基于深度学习的路径导引点生成算法提供强有力的数据支撑。(2)针对环境感知信息与决策规划信息的结合问题,本文设计了一种融合局部导航地图与前视图像的路径导引点生成算法。该算法实现了鸟瞰视角下的局部地图信息与前视视角下的环境感知信息融合,有效将环境感知与车辆定位相结合,使路径导引点生成算法受全局规划信息引导。本文算法在CARLA仿真环境自主采集数据集和国际公认的基于实车环境采集的KITTI数据集上进行了测试,实验结果证实了该算法的有效性。同时,相比于传统融合方法,本文设计的融合策略在上述两类数据集中分别带来了5.7%和1.5%的准确率指标提升。(3)综合上述研究成果,本文完成了一套基于路径导引点的无人车自主驾驶系统演示样机研制,并在校园环境中对该演示样机进行了实车测试,证实了本文提出的基于路径导引点的自主驾驶系统能够以低成本的方式快速实现无人车自主驾驶,彰显了本文研究成果的实用性。

关键词：无人车视觉导引自主驾驶自动标注跨模态融合

基于视觉导引与旋转接驳的自主水下航行器末端入坞研究

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机械工程学报 2018年第20期54卷 81-88页

作者：张涛李德骏彭时林夏庆超杨灿军浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州电子科技大学电子信息学院

基于单目单灯的视觉导引和具有旋转能力的接驳站,自主水下航行器的末端入坞得到了研究。首先对末端导引入坞方案的基本原理包括方案中使用到的各个坐标系进行了描述;自主水下航行器、可旋转的接驳基站和视觉导引系统组成了用以验证末端... 详细信息

基于单目单灯的视觉导引和具有旋转能力的接驳站,自主水下航行器的末端入坞得到了研究。首先对末端导引入坞方案的基本原理包括方案中使用到的各个坐标系进行了描述;自主水下航行器、可旋转的接驳基站和视觉导引系统组成了用以验证末端导引入坞方案的试验平台;该方案采用的导引控制算法包括视觉导引算法、自主水下航行器入坞控制算法和水下接驳基站的旋转控制算法,而视觉导引算法主要包含图像获取、图像二值化、噪声点消除和目标位置估计四个阶段;在固定接驳基站和旋转接驳基站两种情况下,完成了自主水下航行器末端入坞的水池试验,水池试验结果验证了本文提出的末端导引入坞方案。该末端导引入坞方案的优点及需要改进之处在文章的最后进行了介绍。

关键词：自主水下航行器末端入坞视觉导引单目单灯旋转接驳

采用SVR-雅可比估计器的焊接机器人视觉导引

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华南理工大学学报（自然科学版） 2013年第7期41卷 19-25页

作者：李鹤喜石永华王国荣华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

为实现基于视觉的6-DOF机器人智能焊接过程的自动导引,提出了一种无标定视觉伺服控制模型.该模型采用多个支持向量回归(SVR)机进行图像雅可比矩阵估计,建立了图像特征和机器人关节角的非线性映射关系,能够在无标定条件下进行焊接机器人... 详细信息

为实现基于视觉的6-DOF机器人智能焊接过程的自动导引,提出了一种无标定视觉伺服控制模型.该模型采用多个支持向量回归(SVR)机进行图像雅可比矩阵估计,建立了图像特征和机器人关节角的非线性映射关系,能够在无标定条件下进行焊接机器人视觉导引的伺服控制.文中给出了采用高斯核函数的图像雅可比矩阵估算表达式,并在计算机控制下对SVR-雅可比估计器进行自动训练后,分别对EIH"手眼"和ETH"眼看手"两种摄像机配置方式的焊接机器人进行视觉定位导引试验.试验结果表明,采用SVR-雅可比估计器的焊接机器人视觉导引能够较准确地定位在期望目标,与传统的Broyden-估计器相比有更好的动态响应质量.

关键词：焊接机器人视觉导引伺服控制支持向量回归雅可比矩阵

多窗口实时测距的视觉导引AGV精确定位技术研究

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仪器仪表学报 2016年第6期37卷 1356-1363页

作者：张建鹏楼佩煌钱晓明武星南京航空航天大学机电学院南京210016 江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

为了提高视觉导引自动导引车(automated guided vehicle,AGV)的定位精度,提出了一种多窗口实时测距的精确定位方法。该方法通过在定位点铺设圆形标识作为定位标识符,首先根据车载视觉系统结构,建立视觉实时测距模型。通过对获得的椭圆... 详细信息

为了提高视觉导引自动导引车(automated guided vehicle,AGV)的定位精度,提出了一种多窗口实时测距的精确定位方法。该方法通过在定位点铺设圆形标识作为定位标识符,首先根据车载视觉系统结构,建立视觉实时测距模型。通过对获得的椭圆图像的几何特征进行提取,并采用基于曲率角估计方法对椭圆边缘精确识别;然后,基于最小二乘拟合直线获取椭圆中心位置。最后,结合采用多窗口图像处理方法,将定位过程分为多个阶段进行,逐步逼近,最终实现精确定位。实验结果表明,该方法能使得视觉导引AGV的定位精度达到2 mm。

关键词：自动导引车视觉导引实时测距精确识别

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复杂光照条件下视觉导引AGV路径提取方法

农业机械学报 2017年第10期48卷 15-24页

作者：武星张颖李林慧楼佩煌何珍南京航空航天大学机电学院南京210016

针对复杂光照条件下视觉导引AGV的路径提取问题,提出一种基于光照色彩模型的自适应图像照度分区阈值分割方法。首先研究光照照度与图像亮度分量的关系,通过统计复杂光照条件下的图像色彩分布建立光照色彩模型。其次根据光照色彩模型将... 详细信息

针对复杂光照条件下视觉导引AGV的路径提取问题,提出一种基于光照色彩模型的自适应图像照度分区阈值分割方法。首先研究光照照度与图像亮度分量的关系,通过统计复杂光照条件下的图像色彩分布建立光照色彩模型。其次根据光照色彩模型将导引路径图像划分为不同照度区域。然后在RGB色彩空间对低照度区域进行图像增强以还原路径色彩信息,在高亮光区域对色度分量Cb与Cr进行差分运算以抑制共模照度干扰,最后对不同照度区域分别进行自适应阈值分割。大量实验结果表明,在光照环境中同时存在高反光和暗阴影的运行路面,该路径提取方法具有较强的复杂光照适应性,可显著降低在高反光和暗阴影区域的欠分割及过分割误差,对导引路径的识别率为98%。

关键词：视觉导引路径提取图像处理阈值分割光照色彩模型

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基于深度学习的AUV水下视觉导引检测方法

水下无人系统学报 2023年第3期31卷 421-429页

作者：安平王亭亭赵渊胡宁中国航天空气动力技术研究院北京100074

自主水下航行器(AUV)自主对接与回收技术主要通过导引定位的方式实现AUV与对接装置的自主归航、接近、对接及锁紧等动作。为满足AUV水下自主对接过程中实时性、高精确性和鲁棒性等要求,提出一种基于深度学习的水下视觉导引检测方法。针... 详细信息

自主水下航行器(AUV)自主对接与回收技术主要通过导引定位的方式实现AUV与对接装置的自主归航、接近、对接及锁紧等动作。为满足AUV水下自主对接过程中实时性、高精确性和鲁棒性等要求,提出一种基于深度学习的水下视觉导引检测方法。针对复杂水下场景下传统图像处理方法检测效果不佳的问题,使用基于YOLOv5的深度学习视觉导引检测方法对导引光源以及对接装置进行检测。首先,将目标图像数据接入YOLOv5模型进行迭代训练,将训练得到的最优模型参数保存用于后续实时检测;然后,在水下自主对接过程中, AUV使用机器人操作系统平台实时读取水下数据并调用YOLO服务对水下图像进行检测,输出导引光源以及对接装置位置信息;同时通过位置解算,将检测得到的中心点坐标转化到AUV相机坐标系下;最后将解算得到的AUV与对接装置的相对位置与AUV的航行方向持续反馈给AUV,进行引导直至对接完成。在海试中对水下视觉导引的实际检测准确率为97.9%,检测单帧耗时为45 ms,试验结果表明该方法满足自主对接与回收技术中对水下对接精度及实时性要求,具有实际应用价值。

关键词：自主水下航行器水下自主对接视觉导引图像处理深度学习