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基于深度学习的室内动态场景下视觉SLAM技术研究

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测绘地理信息 2024年第2期49卷 51-55页

作者：郑晓华耿鑫雷邓浩坤中铁一局集团建筑安装工程有限公司陕西西安710054 阿里巴巴(北京)软件服务有限公司北京100015 测绘遥感信息工程国家重点实验室深圳研发中心广东深圳518057

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术是近年来机器人和计算机视觉领域的重点研究方向之一,但当前的主流算法主要面向静态环境,当场景中存在运动的物体时,算法的定位精度和稳定性会受到很大影... 详细信息

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术是近年来机器人和计算机视觉领域的重点研究方向之一,但当前的主流算法主要面向静态环境,当场景中存在运动的物体时,算法的定位精度和稳定性会受到很大影响。为了解决上述问题,提出了一种惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)积分与YOLOv4语义分割结合的VSLAM前端动态特征点剔除算法,通过YOLOv4网络对图像进行语义分割,识别图像中有运动可能的物体;再将IMU积分与语义分割结合,对目标检测框内有运动可能的特征点进行重投影误差的解算,识别并剔除环境中运动的特征点。在TUM Visual-Inertial Dataset上验证该算法,结果表明,在包含运动物体的室内场景下,该算法可以有效剔除环境中的运动物体,显著提升SLAM系统的定位精度和稳定性。

关键词：视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM) 特征点动态目标深度学习

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监控视频动态目标的空间定位方法

测绘通报 2022年第8期 87-92页

作者：韩世静苗书锋郝向阳陈润泽信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 南宁师范大学自然资源与测绘学院广西南宁530001 武汉科岛地理信息工程有限公司湖北武汉430081

针对监控视频动态目标的空间定位问题,本文在考虑相机畸变的前提下,对监控相机、目标像素坐标和地理场景之间的映射关系进行了研究,提出了基于数字表面模型(DSM)和基于平面约束的目标定位算法。首先,完成相机的标定,确定相机的成像模型... 详细信息

针对监控视频动态目标的空间定位问题,本文在考虑相机畸变的前提下,对监控相机、目标像素坐标和地理场景之间的映射关系进行了研究,提出了基于数字表面模型(DSM)和基于平面约束的目标定位算法。首先,完成相机的标定,确定相机的成像模型;然后,提取畸变校正后的目标像素坐标,并通过目标定位算法计算目标的三维地理坐标;最后,进行了定位精度评定,并分析了两种定位算法的应用特点。本文的定位算法将以像素坐标定位的目标数据解析为以三维坐标定位的空间地理信息,为多摄像头的目标跟踪提供了统一的地理参考框架。

关键词：监控视频动态目标三维地理信息空间定位数字表面模型

基于Delta机器人的食品生产线动态目标抓取方法

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食品与机械 2022年第6期38卷 117-122页

作者：毕宪东王振李朝龙安阳中等职业技术学校河南安阳455000 河南科技大学河南洛阳471000 华北理工大学河北唐山063210

目的:解决当前食品生产中Delta机器人在动态目标抓取方面存在的精度差、效率低等问题。方法:提出了一种新的动态目标抓取方法用于食品生产线中Delta机器人的抓取控制,通过传送带的偏移量和编码器的反馈值计算目标的动态位置,优化目标的... 详细信息

目的:解决当前食品生产中Delta机器人在动态目标抓取方面存在的精度差、效率低等问题。方法:提出了一种新的动态目标抓取方法用于食品生产线中Delta机器人的抓取控制,通过传送带的偏移量和编码器的反馈值计算目标的动态位置,优化目标的抓取顺序,并结合门型轨迹和改进的梯形加减速算法对动态目标进行抓取。通过试验对优化前后的控制方法进行分析。结果:在20mm/s的输送速度下,优化前后机器人漏抓率由3.33%降至0,抓取速度从0.756个/s提高到0.860个/s;在30 mm/s的输送速度下,优化前后机器人漏抓率从8.83%降至0,抓取速度从0.885个/s提高到1.130个/s。结论:动态目标抓取方法能有效提高Delta机器人的抓取效率。

关键词： Delta机器人动态目标抓取方法门型轨迹梯形加减速算法食品生产线

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煤矸石分拣机器人动态目标稳定抓取轨迹规划

工矿自动化 2022年第4期48卷 20-30页

作者：马宏伟孙那新张烨王鹏曹现刚夏晶西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室陕西西安710054

针对机器人分拣煤矸石时,因输送带打滑、左右摆动而造成矸石定位不准确、机械臂末端抓取失败和载荷冲击等问题,提出了一种基于机器视觉的煤矸石分拣机器人动态目标稳定抓取轨迹规划方法。首先,采用基于HU不变矩图像匹配算法对目标矸石... 详细信息

针对机器人分拣煤矸石时,因输送带打滑、左右摆动而造成矸石定位不准确、机械臂末端抓取失败和载荷冲击等问题,提出了一种基于机器视觉的煤矸石分拣机器人动态目标稳定抓取轨迹规划方法。首先,采用基于HU不变矩图像匹配算法对目标矸石进行匹配识别并获取目标矸石位姿;其次,分别建立机器人和相机-机器人运动学方程,并进行正逆求解,实现基于视觉的目标矸石精确定位;最后,采用位置-速度-加速度三环PID控制算法进行目标矸石动态跟踪,即位置环控制器的输入为获取的目标矸石精确位置,位置环控制器的输出作为速度环控制器的输入,速度环控制器的输出作为加速度环控制器的输入,将加速度环控制器的输出叠加到伺服电动机上,使机械臂末端与目标矸石达到位置、速度同步运动的效果,实现平稳快速抓取。采用Matlab对三环PID控制算法、三维比例导引算法和三维偏置比例导引算法进行仿真对比,结果表明:对动态目标的跟踪抓取在追随式、同步式和拦截式3种情况下,三环PID控制算法的响应时间、跟踪抓取时间均较比例导引算法及偏置比例导引算法短,且三环PID控制算法在整个过程中各轴速度、加速度连续、平滑,没有出现突变情况,可实现动态目标同步跟踪、精准抓取。在煤矸石分拣系统平台上应用三环PID控制算法、比例导引算法和偏置比例导引算法进行适应性实验,结果表明:3种算法在机器人运行时各个关节均未超限;三环PID控制算法完成抓取的平均时间比比例导引算法和偏置比例导引算法短;三环PID控制算法在抓取点的平均速度偏差在1 mm/s左右,跟踪速度偏差较小,可满足对高速度目标的同步跟踪、精准抓取要求。

关键词：煤矸石分拣机器人动态目标目标矸石跟踪抓取 HU不变矩位置-速度-加速度三环PID控制拦截式追随式同步式

基于改进粒子群的食品分拣机器人动态目标抓取控制方法

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食品与机械 2022年第3期38卷 86-91页

作者：王敏蒋金伟曹彦陶安徽科技贸易学校安徽蚌埠233080 常州工业职业技术学院江苏常州213164 江苏大学江苏镇江212013

目的:解决目前食品生产线分拣机器人抓取操作不稳定、分拣效率低的问题。方法:基于高速并联食品分拣机器人的体系结构,提出了一种基于改进粒子群算法的多目标运动优化策略用于食品分拣机器人的动态目标抓取控制方法。协调抓取顺序和分... 详细信息

目的:解决目前食品生产线分拣机器人抓取操作不稳定、分拣效率低的问题。方法:基于高速并联食品分拣机器人的体系结构,提出了一种基于改进粒子群算法的多目标运动优化策略用于食品分拣机器人的动态目标抓取控制方法。协调抓取顺序和分拣轨迹建立最短路径模型,以末端加速度建立机构稳定性优化模型,并通过改进粒子群优化算法对目标进行优化。结果:通过试验进行了验证,在输送速度100 mm/s时,抓取成功率由96.8%提高到100%,分选速率由1.62个/s提高到1.98个/s。结论:该控制方法能有效提高食品分拣机器人的操作稳定性和分拣效率。

关键词：食品生产线分拣机器人抓取控制粒子群动态目标

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变电站无人机巡检的动态目标跟踪方法

计算机仿真 2022年第7期39卷 402-406页

作者：谢幸生张永挺吴啓明温佳静广东电网有限责任公司中山供电局广东中山528400 武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

对变电站内的动态目标进行跟踪,可以帮助巡检无人机提前规划规避路径,实现安全飞行。提出了动态目标的覆盖指数评估对动态目标的跟踪能力;将动态目标划分为动态可控对象和动态不可控对象,基于速度、加速度、方向等参数,分别提出了规避措... 详细信息

对变电站内的动态目标进行跟踪,可以帮助巡检无人机提前规划规避路径,实现安全飞行。提出了动态目标的覆盖指数评估对动态目标的跟踪能力;将动态目标划分为动态可控对象和动态不可控对象,基于速度、加速度、方向等参数,分别提出了规避措施,且以续航能力为约束条件确认规避准则。针对动态不可控对象,应用边缘锐化,关键点匹配后,基于多关键点提出立体图像匹配及对象识别方法,计算动态障碍物的外形及运动参数。实际测试表明,上述算法可有效规避多种动态障碍,具有合理性和实用性。

关键词：变电站无人机动态目标跟踪关键点图像融合

面向飞行机械臂的动态目标位姿估计与主动三维重建研究

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面向飞行机械臂的动态目标位姿估计与主动三维重建研究

作者：黄慧胜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

多旋翼无人机是一种对算法鲁棒性具有高标准的系统化机器人平台,这类飞行机器人的基本能力主要包含稳定飞行、环境感知与主动作业。在实际的应用中,无人机在目标追踪、极端环境的勘探等场景具有天然的优势。然而现有的大量研究中,飞行... 详细信息

多旋翼无人机是一种对算法鲁棒性具有高标准的系统化机器人平台,这类飞行机器人的基本能力主要包含稳定飞行、环境感知与主动作业。在实际的应用中,无人机在目标追踪、极端环境的勘探等场景具有天然的优势。然而现有的大量研究中,飞行机器人的观测对象是静止的,缺乏对动态目标的主动追踪与重建能力。并且现有的众多飞行机器人结构中,无人机与感知传感器是捷连的。这种结构导致了感知模块与飞行平台的运动耦合,约束了飞行机器人的观测能力。针对实际的应用需求,本文着眼于提高飞行机器人对动态目标的主动追踪与感知能力。本文设计了一套新颖的双视觉飞行机械臂系统。该系统主要由旋翼无人机与轻质六自由度机械臂构成,并在机体和机械臂末端分别放置视觉传感器,称作机体相机与颈眼相机。机械臂可以独立于飞行平台运动,使颈眼相机能实现对目标物的灵活追踪与观测。机体相机则保障了系统对静态环境感知的信息量,从而同时保障系统对机体自身位姿与动态目标位姿估计的精确性与鲁棒性。本文构建了飞行机械臂的软、硬件系统,同时基于ROS和Gazebo搭建了与实物1:1的面向飞行机械臂主动作业的物理引擎仿真平台,该仿真平台采用模块化软件设计,提高了算法验证的便利性。本课题以松耦合的方式估计机体的世界位姿与动态目标相对于颈眼相机的位姿,并通过机械臂正运动学建立双视觉系统位姿估计的联系,得到目标物的世界位姿。针对动态目标的位姿估计,前端使用YOLOV3-tiny检测目标,提取ORB特征点并基于2D主成分分析分离前景与远景特征,通过优化重投影误差得到帧间位姿。提出基于3D DBSCAN算法的局部地图构建方式,并利用局部地图跟踪减小累计误差。为了提高系统对动态目标的重建效率,转换并提取得到目标坐标系下相对静止的动态目标点云,更新八叉树信息场,输出使目标物不确定度下降最快的最佳探测视角。考虑到动态目标的运动随机性与深度检测网络的准确性,本文以目标物在视野中的成像大小为约束,通过Slerp插值与图像视觉伺服协调规划机体与机械臂的运动轨迹,实现对目标物的主动追踪,减小目标丢失的概率。最后基于优化的位姿,提取目标点云并融合多帧测量,利用TSDF实现目标物的稠密表面重建。为了验证飞行机械臂系统的有效性,本文通过实验分析了所提出的算法对动态目标主动追踪与重建的有效性。本文提出了一种新颖的面向飞行机械臂的双视觉感知系统,提高了飞行机器人同时定位、建图及动态目标追踪的鲁棒性。对动态目标的快速追踪与主动重建并得到其准确的三维结构,可以为飞行机械臂实现进一步的作业提供准确的先验信息,在飞行机器人领域具有潜在的应用价值。

关键词：飞行机械臂系统动态目标位姿估计主动三维重建

面向资源节省的传感网动态目标自适应获取系统

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通信学报 2015年第2期36卷 106-116页

作者：肖克江王睿崔莉中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学计算机与控制工程学院北京100190

针对图像传感网动态目标监测问题,搭建了面向资源节省的动态目标自适应获取系统Easi RS。利用存储空间复用技术减少存储资源需求;提出图像完整性自适应实时检测方法,解决由于目标动态性导致的连续图像的实时处理问题;在图像完整性实时... 详细信息

针对图像传感网动态目标监测问题,搭建了面向资源节省的动态目标自适应获取系统Easi RS。利用存储空间复用技术减少存储资源需求;提出图像完整性自适应实时检测方法,解决由于目标动态性导致的连续图像的实时处理问题;在图像完整性实时检测的基础上,对获取的信息进行选择性传输,以减少传输数据量和传输能耗。通过室内和室外环境对该方法进行实验,结果表明,该系统不仅可以有效保证系统的感知性能,而且降低了存储开销和传输能耗。

关键词：图像传感网动态目标自适应感知性能

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基于动态目标结构特征的姿态实时定位方法

红外与激光工程 2013年第11期42卷 3029-3034页

作者：王坤游安清贺喜王磊中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

针对动态目标的三维姿态不断变化,研究了在单站跟踪模式下,如何利用光测手段快速准确地对飞行目标的姿态进行实时定位的问题。在对目标结构有一定先验知识的前提下,提出了一种基于动态目标结构特征的姿态实时定位方法。方法在跟踪闭环... 详细信息

针对动态目标的三维姿态不断变化,研究了在单站跟踪模式下,如何利用光测手段快速准确地对飞行目标的姿态进行实时定位的问题。在对目标结构有一定先验知识的前提下,提出了一种基于动态目标结构特征的姿态实时定位方法。方法在跟踪闭环的基础上,对光电摄像机实时采集的目标图像进行二维特征提取,并将此二维特征与目标自身的三维结构特征相对应,通过解算对应的数学关系模型,实现对动态目标姿态的实时定位。通过3 dmax建立场景,模拟飞机的动态飞行过程,开展了仿真实验。方法对动态飞机目标姿态定位准确,且每帧定位所需时间不大于0.02 s,处理频率达到50 Hz,满足了实时性需求。结果表明,该方法对动态目标的姿态实时定位上具有一定的有效性。

关键词：动态目标结构特征姿态定位实时性