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基于微机电系统与径向基函数的水下航行器姿态检测

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计量学报 2022年第9期43卷 1135-1141页

作者：张春宇刘福才程雪聪燕山大学智能控制系统与智能装备教育部工程研究中心河北秦皇岛066004

为实现水下航行器自主运动控制,准确掌握水下航行器的运动姿态至关重要。微机电系统惯性传感器因具有体积小、成本低和功耗低等特点,被广泛应用于姿态检测系统当中。由于海底的工作环境复杂,故水下航行器在实验过程中设定有一定的非合作... 详细信息

为实现水下航行器自主运动控制,准确掌握水下航行器的运动姿态至关重要。微机电系统惯性传感器因具有体积小、成本低和功耗低等特点,被广泛应用于姿态检测系统当中。由于海底的工作环境复杂,故水下航行器在实验过程中设定有一定的非合作性;因此设计采用径向基函数神经网络算法对采集数据进行训练与分类。实验结果表明,微机电系统惯性传感器结合径向基函数神经网络算法对水下航行器的基本行为识别的平均召回率可达94%。

关键词：计量学姿态检测惯性传感器微机电系统径向基函数神经网络算法

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基于深度学习的抓取目标姿态检测与定位

信息与控制 2020年第2期49卷 147-153页

作者：李正明章金龙江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

机器人对抓取目标进行高准确的姿态检测与定位依然是一个开放性的难题.本文提出了一种基于卷积神经网络对抓取目标快速姿态检测与精确定位的方法.该方法采用Faster R-CNN Inception-V2网络模型,在网络中将抓取目标的姿态角度采用分类标... 详细信息

机器人对抓取目标进行高准确的姿态检测与定位依然是一个开放性的难题.本文提出了一种基于卷积神经网络对抓取目标快速姿态检测与精确定位的方法.该方法采用Faster R-CNN Inception-V2网络模型,在网络中将抓取目标的姿态角度采用分类标签方式输出,位置坐标采用回归方法,对Cornell公开数据集重新标注并训练端到端模型.模型在实例检测和对象检测测试集上分别取得96.18%和96.32%的准确率,对于每一幅图像的处理时间小于0.06 s.实验结果表明模型能够实时地对图像中单个或多个抓取目标进行快速地姿态检测与定位,准确度高并具有很强的鲁棒性和稳定性.

关键词：目标检测抓取目标定位姿态检测深度学习

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可穿戴式生理参数与姿态检测系统设计

可穿戴式生理参数与姿态检测系统设计

作者：杨佳南京理工大学

学位级别：硕士

随着人们生活水平的提高,人们的健康意识也在逐渐增强,相应的对比较便捷的可穿戴式的检测设备的需求也日益增加。针对可穿戴式健康监测系统日益增加的需求,本文设计了一种可穿戴式生理参数与姿态检测系统,该系统能够检测人体的体温、心... 详细信息

随着人们生活水平的提高,人们的健康意识也在逐渐增强,相应的对比较便捷的可穿戴式的检测设备的需求也日益增加。针对可穿戴式健康监测系统日益增加的需求,本文设计了一种可穿戴式生理参数与姿态检测系统,该系统能够检测人体的体温、心率、血氧饱和度、呼吸、心电、血压等生理参数以及人体的姿态信息,并且可通过无线通信模块将数据传输到与PC相连的数据接收模块。本文主要工作如下:(1)对系统的功能需求进行分析确定系统的总体结构,基于系统总体结构对各种生理信号的检测原理及姿态检测进行说明并选择本文所用的检测方案,其中包括使用红外传感器测温,光电容积描记法(Photoplehysmography,PPG)检测血氧饱和度,使用阻抗法检测呼吸,使用心电图(Electrocardiogram,ECG)和PPG信号结合进行无创血压检测等。(2)确定系统硬件总体结构,明确各个模块的功能,对可穿戴式生理参数与姿态检测系统的各个模块的硬件电路进行设计,完成原理图与PCB的绘制。其中包括温度检测模块、心率血氧检测模块、呼吸心电检测模块、九轴运动传感器模块、USART转USB模块、微控制器模块、电源模块等。(3)对系统进行软件设计,主要是对各个模块的驱动程序进行编写,实现每个模块的功能,其中针对姿态解算提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的姿态解算方法。最后设计测试方案,对系统的功能进行验证。通过实验发现,该系统性能稳定可靠,操作简单,可以满足对生理参数以及姿态检测的要求,实现连续可靠的健康监护。

关键词：可穿戴生理参数检测姿态检测健康监护

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基于自适应感受野的教室人体姿态实时检测

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2022年第4期34卷 621-628页

作者：叶盛高陈强钱志华陈欣悦杨烽赵悦重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 信号与信息处理重庆市重点实验室重庆400065

人体姿态信息对教学管理和教学评估具有重要作用,通过算法快速且准确地获取人体姿态信息具有重要的研究意义。近年来,尽管基于人体关键点的姿态估计方法被广泛研究,但由于教室监控场景图像普遍存在遮挡严重、目标尺度变化大、图像成像... 详细信息

人体姿态信息对教学管理和教学评估具有重要作用,通过算法快速且准确地获取人体姿态信息具有重要的研究意义。近年来,尽管基于人体关键点的姿态估计方法被广泛研究,但由于教室监控场景图像普遍存在遮挡严重、目标尺度变化大、图像成像质量差等问题,难以直接运用现有方法。提出一种基于自适应感受野的教室人体姿态实时检测方法。在单发多边框检测器(single shot multibox detector,SSD)网络中,构建自适应感受野卷积模块,通过上下两个支路提取不同感受野的特征;在反向传播过程中,自动学习上下支路的特征融合参数,自适应调整网络的感受野;提高网络在教室场景中人体姿态的检测性能。实验结果表明,提出的方法可以实现实时检测,且优于现有的教室人体姿态检测方法和其他单阶段目标检测方法。

关键词：深度学习姿态检测感受野教室场景

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基于工业机器人轮毂姿态检测系统设计

基于工业机器人轮毂姿态检测系统设计

作者：秦健诗沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,工业制造迅速发展,机器视觉由于其无需接触、高精度、抗干扰能力强等特点,被广泛应用到缺陷检测、外观识别等领域。工业机器人可以完成喷漆、涂胶、焊接、搬运等重复性工作,能够代替人工在高风险的工作环境中工作,在工业自动化... 详细信息

近年来,工业制造迅速发展,机器视觉由于其无需接触、高精度、抗干扰能力强等特点,被广泛应用到缺陷检测、外观识别等领域。工业机器人可以完成喷漆、涂胶、焊接、搬运等重复性工作,能够代替人工在高风险的工作环境中工作,在工业自动化领域中被广泛应用。摩托车轮毂在制造的过程中,经常会出现表面磕碰伤、毛刺等缺陷,这些缺陷会影响轮毂的产品质量。目前的轮毂检测方法以人工检测为主,但是人工检测效率低下,误检漏检率高,已经无法满足轮毂检测的需求。因此需要一种更高效的系统对轮毂进行检测。本文将工业机器人与机器视觉系统相结合,把相机、镜头、光源组合起来并安装在机器人的手臂末端,通过机器人的运动带动相机,可以实现各种姿态的检测。本文主要针对摩托车轮毂在检测流水线上与地面存在倾角导致采集到的图像椭圆化,以及机器人多次重复运动初始位置发生偏移的问题,给出了解决方法。本文首先对倾斜轮毂的检测原理进行了介绍,然后对检测要求进行了分析,根据相应检测要求,完成了对相机、镜头、光源等设备的选型,结合PLC和工业机器人等完成了实验平台的搭建。其次介绍了系统设计的整体方案以及视觉检测系统的设计方案。接着针对轮毂图像椭圆化的问题给出了根据椭圆长短轴之比计算轮毂倾角的方法,针对机器人多次重复运动初始位置发生偏移的问题给出了将轮毂气阀位置作为机器人初始位置的校正方法。本系统首先将采集到的图像进行去噪、二值化、边缘检测和形态学操作等预处理,然后分割出轮毂的边缘图像计算椭圆的长短轴之比从而得到轮毂倾角,根据倾角调整相机角度后再次拍摄,提取出轮毂气阀位置,最后将气阀位置的信息传送给机器人,机器人带动相机完成相应调整,按照设置好的路径进行检测。本文通过实验验证了轮毂图像的短轴与长轴之比和轮毂与地面倾角的对应关系,通过此对应关系就可以根据图像求出轮毂倾角,从而调整相机角度采集到更高精度的图像。并证明了将轮毂气阀位置作为机器臂的初始位置可以有效解决机器人多次重复运动初始位置产生偏移的问题。

关键词：工业机器人机器视觉图像处理姿态检测

基于机器视觉技术的金鲳鱼重量及姿态检测研究

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基于机器视觉技术的金鲳鱼重量及姿态检测研究

作者：单佳楠上海海洋大学

学位级别：硕士

金鲳鱼肉质细嫩、味道鲜美,深受广大人民群众的喜爱,作为我国南方沿海经济鱼类之一,拥有它的市场价值。但由于金鲳鱼不耐低温,水温低于16℃便会死亡,这对于金鲳鱼的储运保活条件要求较高。因此市场上的金鲳鱼主要以冰鲜、条冻、调味等... 详细信息

金鲳鱼肉质细嫩、味道鲜美,深受广大人民群众的喜爱,作为我国南方沿海经济鱼类之一,拥有它的市场价值。但由于金鲳鱼不耐低温,水温低于16℃便会死亡,这对于金鲳鱼的储运保活条件要求较高。因此市场上的金鲳鱼主要以冰鲜、条冻、调味等方式流通。单一的加工方式从一定程度上制约了金鲳鱼产业的发展。为了进一步提高金鲳鱼产品的经济价值,对捕捞后的金鲳鱼需要进行精细加工,在加工前需要对金鲳鱼进行重量分级和姿态调整,这一过程主要以人工为主。分级工序操作环境恶劣、劳动量大、人工总体效率低,容易造成二次接触从而影响金鲳鱼的品质。针对这一现象,本文以南海金鲳鱼为研究对象,依靠机器视觉技术对金鲳鱼鱼体特征参数进行提取,建立金鲳鱼重量检测模型;利用多种图像处理算法检测金鲳鱼的角度,建立角度检测模型,为实现金鲳鱼的自动化重量分级和姿态调整提供理论依据和技术支持。本研究主要内容分为以下两个部分:(1)本研究基于一定数量的金鲳鱼正反面投影图像,采用图像特征算法提取投影面积、周长、长短轴等数据。人工测量得到金鲳鱼体长、体宽、鱼鳍重量、头鳍宽、鱼尾最窄处宽等数据,使用线性回归、曲线估算、主成分分析、径向基函数RBF(radial basis functin)神经网络等建模方法,共建立14种重量检测模型,通过对比分析14种重量模型的检测精度。基于图像面积、鱼鳍重量占比、去鱼鳍后图像投影面积占比的多元线性回归模型R为0.919。此外,基于图像面积、图像周长、长轴、短轴的线性回归模型R为0.918,采用主成分分析法,解决因子共线性问题,共建立了9种主成分回归模型。通过检验样本对重量检测模型进行误差分析和模型验证。结果表明:基于图像面积、鱼鳍重量占比、去鱼鳍后图像投影面积占比的回归模型检测值与实际值之间的决定系数R2为0.944,平均相对误差为2.43%,标准差为2.32%。该模型可应用于金鲳鱼重量检测。(2)金鲳鱼姿态的调整需要依靠对其姿态的的识别,而金鲳鱼姿态识别可通过金鲳鱼旋转角度信息,头尾朝向识别来判定。基于一定数量的金鲳鱼投影图像,对其进行预处理。采用轮廓拟合椭圆、轮廓最小外接矩形、轮廓最优拟合直线三种方法对金鲳鱼旋转角度进行检测。研究采用霍夫圆变换法实现金鲳鱼鱼眼中心点定位,并结合轮廓拟合椭圆中心坐标,实现金鲳鱼头尾朝向的识别。通过头尾朝向和算法角度检测结合,将角度输出值校正为人为定义的标准。其中拟合直线角平均绝对误差为2.66°,拟合椭圆角平均绝对误差为2.89°,最小外接矩形角平均绝对误差为7.89°。为进一步提升角度检测的精度,研究对三种角度检测方法得到的角度,采用逐步多元线性回归和主成分回归方法建立金鲳鱼角度检测模型。其中,逐步多元线性回归模型R为0.999,研究采用主成分回归方法进行建模,研究对主成分进行了线性、二次、三次回归建模,模型R均达到0.999。主成分一元线性回归模型具有更小的标准估算的误差,试验选择该模型作为金鲳鱼旋转角度检测模型。试验利用检验样本对该模型进行误差分析和模型验证,模型检测值和实际值间的平均相对误差为2.05°,平均绝对误差为2.36°,金鲳鱼旋转角度检测值与实际值回归曲线决定系数R为0.999。结果表明该检测模型可为金鲳鱼姿态调整提供帮助。

关键词：机器视觉重量检测检测模型金鲳鱼姿态检测

基于Kinect相机的猪体理想姿态检测与体尺测量

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农业机械学报 2019年第1期50卷 58-65页

作者：司永胜安露露刘刚李保成河北农业大学信息科学与技术学院保定071001 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室北京100083

为提高基于机器视觉的猪体体尺测量研究中的图像利用率和体尺测量效率,以长白猪和大白猪为研究对象,基于Kinect相机获取的猪体视频数据,提出了一种猪体理想姿态检测算法。该算法利用最小外接矩形法调整猪体为水平方向;利用投影法和差分... 详细信息

为提高基于机器视觉的猪体体尺测量研究中的图像利用率和体尺测量效率,以长白猪和大白猪为研究对象,基于Kinect相机获取的猪体视频数据,提出了一种猪体理想姿态检测算法。该算法利用最小外接矩形法调整猪体为水平方向;利用投影法和差分法识别头部和尾部位置,通过头部边界标记法判断是否耳部缺失;利用骨骼化算法结合霍夫变换算法检测猪体头部是否歪斜。在此基础上,设计了猪体体尺测量算法。针对养殖场获取的103组视频数据、俯视和侧视各52 016帧图像,进行了理想姿态检测及体尺测量。结果表明,检测出理想姿态2 592帧、漏报432帧、误报0帧,误报率较低;每帧图像的体长偏差与本组体长均值小于2. 3%,组内理想姿态帧之间差异较小,一致性较好;体宽测量的平均精确度为95. 5%,体高测量的平均精确度为96. 3%,体长测量的平均精确度为97. 3%,测量的平均准确度较高。本研究成果应用于基于机器视觉的猪体体尺测量,可提高图像利用率和体尺测量效率。

关键词：猪姿态检测体尺测量 Kinect相机视频图像处理

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基于激光传感信号的机器人姿态智能检测

激光杂志 2022年第8期43卷 205-210页

作者：秦翠兰王磊元赵群喜新疆理工学院机电工程学院新疆阿克苏843000

机器人姿态检测效果易受加速度干扰与磁干扰影响,为提升姿态检测效果,研究基于激光传感信号的机器人姿态智能检测方法。利用四元数描述与更新机器人全部姿态;通过联合激光加速度计与激光磁强计输出的激光传感信号计算机器人角度;利用梯... 详细信息

机器人姿态检测效果易受加速度干扰与磁干扰影响,为提升姿态检测效果,研究基于激光传感信号的机器人姿态智能检测方法。利用四元数描述与更新机器人全部姿态;通过联合激光加速度计与激光磁强计输出的激光传感信号计算机器人角度;利用梯度下降法融合计算结果,减轻加速度干扰与磁干扰影响,提高智能检测效果。实验证明:本方法角度检测的最大误差始终保持在+0.08°至-0.08°之间,即使在加入加速度干扰与磁干扰后,该方法的姿态检测精度依旧0.08°至0.01°之间,能够有效降低干扰影响,具备优秀的检测效果。

关键词：激光传感信号机器人姿态检测航向角陀螺仪梯度下降法

基于视觉的移动机器人室内定位与姿态检测方法研究

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基于视觉的移动机器人室内定位与姿态检测方法研究

作者：徐雁波电子科技大学

学位级别：硕士

随着人工智能和互联网+的发展,具有智能感知、理解与思考能力的自主移动机器人得到了越来越广泛的重视,并被逐渐研究和应用于各种不同行业场景。其中,自主定位技术成为了移动机器人实现智能化运行的关键技术,也是移动机器人的研究热点... 详细信息

随着人工智能和互联网+的发展,具有智能感知、理解与思考能力的自主移动机器人得到了越来越广泛的重视,并被逐渐研究和应用于各种不同行业场景。其中,自主定位技术成为了移动机器人实现智能化运行的关键技术,也是移动机器人的研究热点难点。但是,目前自主定位的准确度、实时性以及对复杂环境的适应性问题,制约着移动机器人应用范围。本论文基于信标的视觉定位方法,对人工信标结构、原理和算法开展了研究,并采用了一种基于分级定位思想的复合信标,较好地解决了室内环境下小型移动机器人的自主定位及姿态检测的问题。本论文的主要研究内容为:一、针对本课题需求对室内小型移动机器人的系统组成进行了讨论与设计,对基于视觉定位理论及方法进行了研究与改进,包括相机成像模型、畸变校正、April Tag识别原理等;同时对April Tag的性能展开实验,结果表明April Tag识别算法的适用性、可靠性和鲁棒性均满足课题需求。二、采用了基于滑动窗口的局部搜索算法和基于光流法的角点追踪算法对移动机器人自主定位的实时性展开研究。基于滑动窗口的局部搜索算法对人工信标的识别区域进行了预测,使用滑动窗口分割图像排除干扰,加快识别算法速度以提高移动机器人运动的实时性。基于光流法的角点追踪算法设计则是在特征匹配的步骤中将匹配描述子的过程替换成了光流法来完成特征点的运动追踪,节约了计算描述子的时间以提高运动的实时性。通过实验得到当移动机器人以0.6 m/s运动时,对人工信标的检测率由56%分别提升至72%和61%,可以得到这两种算法较好地解决了课题应用中出现的实时性问题的结论。三、对人工信标的组成结构及定位原理进行了研究。通过对不同种类的April Tag之间的性能差异进行深入研究,最终采用多级定位思想,设计了一种复合信标,对各级定位信标的尺寸大小、位置关系以及识别优先级进行设计和规划,确定分级定位策略和流程并编写相关算法,通过实验分析验证,该方法较好地拓展了机器人定位范围,即将最远能够在1.2 m处识别单个信标扩展至3.6 m处识别复合信标,同时保障了各个方向距离范围内以及航向角的准确性,使得整体系统更有利于移动机器人的工程应用。

关键词：视觉定位姿态检测人工信标移动机器人