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复杂背景中的目标辨识方法研究

华中理工大学学报 1994年第5期22卷 1-5页

作者：张天序李小文彭嘉雄邓小先华中理工大学图像识别与人工智能研究所

研究了二维熵准则极值的递推算法，以获取图像分割的最优门限，基于知识和多特征复合的思想，提出了一种具有知觉组织特点的目标辨识方法，给出了识别复杂场景中特定目标的实验结果。

关键词：多特征提取知觉组织机器视觉

水面HDR场景分焦平面偏振成像的自适应增强方法研究

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光学学报 2024年

作者：王美淑杨建国金伟其裘溯王艺学北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室广东省“天临空地海”复杂环境智能探测重点实验室

在户外真实场景的水域成像过程中，太阳光经水面反射会形成强部分偏振耀光，水域场景通常伴随亮度变化范围大难以清晰成像的问题。本文提出了一种名为WP-HDR的基于分焦平面可见光偏振相机的抑制太阳耀光实现水面场景高动态成像方法。通... 详细信息

在户外真实场景的水域成像过程中，太阳光经水面反射会形成强部分偏振耀光，水域场景通常伴随亮度变化范围大难以清晰成像的问题。本文提出了一种名为WP-HDR的基于分焦平面可见光偏振相机的抑制太阳耀光实现水面场景高动态成像方法。通过偏振处理抑制高强度水面耀光，Otsu与滤波配合实现对区域的分割，最后通过自适应线性融合实现对过暗部分的增强。实际场景实验结果表明，处理后得到的高动态范围图像中，水面耀光得到了有效的抑制，背景和目标细节的轮廓信息更清晰，复合对比度、标准差和平均梯度均显著改善。本文提出的复合对比度可同时体现耀光抑制程度和暗目标清晰化程度，在本文的实验结果中最高可提升三倍。实验证明本文所提方法可应用于强反射干扰下的水面成像以及水域目标的识别。

关键词：图像处理大气与海洋光学水面偏振成像高动态范围成像自适应线性增强

基于卷积神经网络的光伏板遮挡问题识别与检测

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基于卷积神经网络的光伏板遮挡问题识别与检测

作者：张勇西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,传统化石能源储备不足,生态环境污染日趋严重,引发了全球新能源产业的发展热潮。作为可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏可以有效减缓传统能源短缺,保护生态环境。然而,光伏板在长期使用过程中,表面的灰尘、鸟粪以及阴影等遮... 详细信息

近年来,传统化石能源储备不足,生态环境污染日趋严重,引发了全球新能源产业的发展热潮。作为可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏可以有效减缓传统能源短缺,保护生态环境。然而,光伏板在长期使用过程中,表面的灰尘、鸟粪以及阴影等遮挡物会对其光电转换效率产生极大彫响,从而导致电站发电量降低,造成经济损失。因此,为了推动光伏电站的运行和维护向智能化方向转变,光伏板表面常见遮挡物的识别与检测尤为关键。本文基于卷积神经网络模型,对光伏板表面的灰尘、鸟粪以及阴影等遮挡问题进行了研究,主要研究工作如下:(1)针对光伏板表面灰尘来源识别问题,提出了一种改进ShufflcNctV2网络的光伏板表面灰尘来源识别模型。首先,为了将更好的特征信息深入神经网络,引入了 Mish激活函数:其次,在模型中融入坐标注意力机制模块,提高模型识别准确率的同时减少了模型的参数量和计算;最后,为了保证特征提取的丰富性,捕获到不同尺度的特征信息,在模型中采用了混合深度卷积。实验结果表明,与已有的经典模型相比,改进的ShuffleNetV2网络模型识别准确率更高,模型的参数量和计算量更低,证明了所提模型的可行性以及有效性。(2)针对现有光伏板表面积灰程度识别模型存在参数量和计算量较大、识别准确率不高等问题,提出了一种改进DcnscNct169网络的光伏板表面积灰程度识别模型。首先,为了增强模型对积灰图像关键特征的提取能力,在模型中融入改进的注意力机制模块;其次,基于非对称卷积模块和分组卷积重新构建DcnscNet1 69网络模型的特征提取模块,使模型实现轻量化的同时强化模型的特征提取能力;最后,为了增强模型的泛化能力,引入迁移学习的方法。实验结果表明,所提模型在降低模型参数量和计算量的同时提升了对光伏板表面积灰程度识别的准确率。(3)针对光伏板表面鸟粪和阴彫检测问题,提出了一种改进YOLOv8s网络的光伏板表面鸟粪和阴影检测模型。首先,为了降低模型的参数量和计算量,采用GhostConv模块和C2fGhost模块重新构建模型主干网络部分;其次,为了提升模型对小目标遮挡物的检测精度,在模型原有检测头基础上添加小目标检测头;最后,为了增强模型的特征融合能力,在模型颈部特征融合部分融入注意力机制模块。实验结果表明,所提模型可以有效提高光伏板表面鸟粪和阴影的检测精度。

关键词：光伏板遮挡卷积神经网络注意力机制

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并联六足机器人在室内场景中的导航研究

并联六足机器人在室内场景中的导航研究

作者：殷彬靓西安理工大学

学位级别：硕士

随着人工智能技术和机器人的迅速发展,移动机器人在商场、博物馆、文化娱乐场所等领域得到广泛应用。然而,在室内环境中移动机器人的自主定位和精确导航面临着诸多挑战,如卫星信号遮蔽、光照、环境缺乏结构化信息等。传统的单一里程计... 详细信息

随着人工智能技术和机器人的迅速发展,移动机器人在商场、博物馆、文化娱乐场所等领域得到广泛应用。然而,在室内环境中移动机器人的自主定位和精确导航面临着诸多挑战,如卫星信号遮蔽、光照、环境缺乏结构化信息等。传统的单一里程计方案受限于数据源问题,需要更先进的技术解决方案以提高移动机器人的定位性能和稳定性。针对以上问题,本文对足式机器人的步态运动结构和视觉里程计进行探究,提出了一种基于足式里程计辅助的并联六足机器人导航系统,通过综合实现建图、定位、路径规划等关键功能,为移动机器人导航提供了可靠的方案。本文的主要工作包括:(1)设计并搭建了并联六足机器人导航系统的整体框架,首先介绍了机器人的机械结构、电气控制系统和基本控制算法的设计,然后阐述了三维空间刚体运动的相关理论知识,最后根据并联六足机器人的特点,设计了导航系统的整体方案。(2)针对传统ORB-SLAM2算法的特征点提取耗时问题,提出了一种改进的视觉SLAM算法。该算法融合直接法与ORB特征点法解算相机的当前位姿,并引入了半稠密建图线程,缩短了算法的运行时长,同时保证了位姿估计精度,增加了环境地图的可识别性,降低了移动机器人在室内环境中与静态障碍物发生碰撞的可能性。(3)由于并联六足机器人运动剧烈,视觉传感器采集到的图像帧间差距较大导致特征匹配困难且易受光照等因素影响的局限性,本文设计了基于足式里程计(LO)辅助的视觉定位方案。该方案利用并联六足机器人的结构特点设计了足式里程计,通过对机器人步长和运动方向进行积分来获取机器人在空间中的位置,并采用了扩展卡尔曼滤波算法将足式里程计定位结果与视觉里程计定位结果相融合,从而提高了定位的准确性和稳定性。(4)利用改进SLAM算法构建的半稠密点云图生成了可用于导航的栅格地图,结合融合定位结果并使用改进的A*算法和DWA算法进行轨迹规划,接着设计了轨迹结果执行算法对规划出的路径进行划分,使其转换为可用于控制机器人运动的控制指令,实现了并联六足机器人在室内环境中的导航系统。

关键词：并联六足机器人数据融合路径规划轨迹执行

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面向分类应用的高光谱图像波段选择方法研究

面向分类应用的高光谱图像波段选择方法研究

作者：巨芸飞西安理工大学

学位级别：硕士

高光谱图像凭借极高的光谱分辨率,能够同时捕捉目标的空间和光谱特征,因而在地质勘探、环境监测、农业评估、军事侦察等多个领域展现出广泛的应用潜力。高光谱图像包含大量波段,每个波段都具有特定的光谱信息,能够提供丰富的光谱信息。... 详细信息

高光谱图像凭借极高的光谱分辨率,能够同时捕捉目标的空间和光谱特征,因而在地质勘探、环境监测、农业评估、军事侦察等多个领域展现出广泛的应用潜力。高光谱图像包含大量波段,每个波段都具有特定的光谱信息,能够提供丰富的光谱信息。由于数百个连续波段间存在高度相关性,导致冗余数据和噪声波段的产生,不仅增加数据存储和处理的难度,同时也影响后续图像处理的准确性和效率。鉴于此,高光谱图像波段选择在图像处理中是一个至关重要的环节,筛选出信息量丰富且相关性较低的波段,从而实现数据降维并保留关键信息,提高图像的处理效率,在目标检测、分类和识别等领域具有广泛应用。本文对高光谱图像的波段选择方法进行深入研究,具体内容如下:(1)针对高光谱图像中不同区域目标的反射特性差异以及波段间的强相关性,本文提出一种基于梯度引导的空谱加权高光谱波段选择方法。首先,引入梯度信息增强不同目标的边缘纹理特征,随后采用熵率超像素分割算法,在图像的第一主成分上进行分割,划分出多个均匀区域。其次,为了更全面地捕捉图像中所有波段间的全局关系,提出了一种多图互补策略来构建区域相似图,旨在最大化空间-光谱相似的超像素间的相互贡献。最后,通过光谱聚类生成一个统一的聚类图,在归一化切割后选择每个子立方体中噪声信息最少的波段,进而形成一个新的波段子集。通过分类实验结果和数据分析,验证所提出方法的有效性。(2)针对上一研究在处理高光谱图像的非线性特征方面上存在挑战,以及参数更新困难和评价效率等问题,本文提出一种基于分类奖励调节的高光谱图像波段选择方法。首先,为了更有效地处理高光谱图像中的复杂特征,构建一个分类奖励调节网络,通过多尺度卷积网络结合内聚性模块对图像进行空谱特征联合学习,减少数据维度并提取关键特征信息。其次,为了优化波段选择过程引入深度强化学习,将波段选择过程建模为一个马尔可夫决策过程,通过智能体与环境的交互学习策略,智能体能够通过试错搜索和延迟奖励机制自动选择出最优的波段子集。最后,结合分类奖励调节网络对选定波段进行性能评估。通过对比实验和性能分析,验证了所提出方法的有效性和可行性。

关键词：高光谱图像波段选择熵率超像素分割光谱聚类深度强化学习分类奖励调节网络

基于卫星高光谱遥感图像的大气校正与地物识别应用

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基于卫星高光谱遥感图像的大气校正与地物识别应用

作者：王雪丹西安理工大学

学位级别：硕士

高光谱遥感成像技术在植被定量遥感、遥感智能解译、天空一体化综合监测等领域发挥着越来越重要作用。大气校正技术是遥感领域的重要研究内容,通过大气校正可消除大气辐射传输效应引起的遥感图像辐射误差,因此,大气校正是定量遥感的基础... 详细信息

高光谱遥感成像技术在植被定量遥感、遥感智能解译、天空一体化综合监测等领域发挥着越来越重要作用。大气校正技术是遥感领域的重要研究内容,通过大气校正可消除大气辐射传输效应引起的遥感图像辐射误差,因此,大气校正是定量遥感的基础,在环境监测、资源管理、农业评估等领域具有重要研究意义和应用前景。与全色和多光谱图像不同,高光谱图像具有较高的光谱分辨率,这使得大气校正更加困难。论文以中国高光谱遥感卫星-环境一号卫星为例,开展对高光谱遥感卫星的大气校正技术研究,结合NCEP(National Center for Environmental Prediction)再分析数据辅助优化,开展 6S(Second Simulation Of The Satellite Signal In The Solar Spectrum)大气校正方法与分析,以期获得准确的地物高光谱反射率,并进行地物识别的初步应用。主要研究工作如下:论文针对高光谱图像缺乏标准反射率产品的问题,采用最优化估计方法构建了高光谱反射率曲线,并将其作为标准曲线对大气校正结果进行验证;开展了基于6S大气校正输入参数的敏感性分析,详细讨论了气溶胶光学厚度、气溶胶模型、大气温湿度等对大气校正系数的影响,确定了 550nm气溶胶光学厚度及大气温湿度廓线的主要敏感因素,为6S大气校正的优化研究提供理论依据。在此基础上,提出了一种结合NCEP再分析资料的6S优化大气校正方法。利用NCEP提供的550 nm气溶胶光学厚度、大气温湿度廓线等数据对6S模式的输入参数进行改进,得到精确的大气校正系数Xa、Xb和Xc,获得了优化校正后不同地物的反射率光谱曲线。以水体作为典型地物,利用逐像元误差、相关性分析、光谱角等评价指标进行了 6S优化校正结果的评价。结果表明,利用6S结合NCEP优化校正的地物反射率曲线与标准曲线的决定系数达到了 0.78,明显高于采用6S模式的结果;优化后的光谱角度小于6S模式,减小了 2.3565,各波段的平均绝对误差也小于6S模式,充分反映了结合NCEP辅助的6S大气校正方法对大气校正有着明显的改善作用。最后,在大气校正优化的基础上,结合2m空间分辨率的谷歌图像,利用图像融合技术对高光谱图像进行融合,获得同时具有高光谱分辨率和高空间分辨率的图像,实现对地物的精确识别。分别选取大明宫及西安理工大学作为特定区域,以草地为识别目标物,选用生产者精度、用户精度、Kappa系数等评价指标对图像分类识别结果进行分析评价。结果表明,原始6S方法图像识别目标数量要高于使用优化6S方法图像识别的目标数量,由10311减少到9354,且生产者精度由原始6S的80.2%提高到了优化后6S的83.29%,Kappa系数则由6S的0.5742提高到了优化后6S的0.6058。同理西安理工大学区域的识别结果也表现为优化后6S方法的效果较原始6S方法有所提高。综上所述,NCEP辅助优化的6S大气校正方法可明显提高地物分类识别的精度。

关键词：高光谱图像大气校正 6S 气溶胶 NCEP

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基于机器视觉的航空插头自动装配系统研究

基于机器视觉的航空插头自动装配系统研究

作者：梁林舵西安理工大学

学位级别：硕士

在当今航空和军工行业蓬勃发展,人工智能以及自动化技术已经成为提升生产效率和品质的重要手段。但很多的军工行业的产品的装配依然采用手工装配,劳动强度大,装配效率低,装配一致性较差。尤其在今天人力资源越来越紧张的形势下,实现自... 详细信息

在当今航空和军工行业蓬勃发展,人工智能以及自动化技术已经成为提升生产效率和品质的重要手段。但很多的军工行业的产品的装配依然采用手工装配,劳动强度大,装配效率低,装配一致性较差。尤其在今天人力资源越来越紧张的形势下,实现自动化装配成为企业的当务之急。航空插头是飞机电气连接的重要组件,在航空领域中扮演着至关重要的角色。目前,航空插头自动装配系统在实际操作中存在装配位置不准确和装配角度不精准等问题,图像处理和视觉识别技术存在误判或者漏检的情况,严重影响产品质量和装配速度。为了满足对航空插头装配的高效性和精准性的需求,研究和开发一种可靠的航空插头自动装配系统。本文针对某军工企业的固体小型燃气发生器的自动装配工艺进行研究,设计了自动化装配工艺,同时针对航空插头的高效、精准自动装配,提出了基于计算机视觉的航空插头自动装配系统,主要研究内容如下:(1)考虑航空插头自动装配系统的整体结构和硬件平台,明确系统的核心组成部分,以确保系统能够在自动装配任务中取得最佳的性能和稳定性。通过进行深入分析和总体方案的设计,明确定义系统的任务和功能,为后续设计提供清晰的指导。(2)分析了航空插头的配对定位,采用机器视觉的方法对航空插头的装配进行了建模,通过对相机成像的建模和标定方法,使用张正友标定方法实现对系统各个元素的准确标定,为进一步的视觉处理提供了数据支撑。(3)通过图像预处理等关键步骤确保系统能够准确地分割图像并提取目标物体的关键信息。特别是在图像检测的研究中,本文提出多种角点检测算法和深度学习检测算法,并通过实验验证它们在航空插头组件自动装配系统中的可行性和效果,系统能够通过自主检测和判断完成复杂的组装任务。通过合理的设计,有效地提取目标信息,为自动化装配奠定了基础。航空插头装配实验结果表明,在本文设计的航空插头自动装配系统中,通过自主检测和判断,系统能够完成复杂的组装任务,并且达到了预期的性能指标。装配成功率达到了95%,平均装配时间降低了 30%,表明系统在提高生产效率和质量方面取得了一定的成果。

关键词：航空插头自动装配系统视觉辅助技术角点检测算法

基于感性意象的非标设备造型智能设计研究 ——以溢压阀装配设备为例

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基于感性意象的非标设备造型智能设计研究 ——以溢压阀装配设备...

作者：王晓珂西安理工大学

学位级别：硕士

非标设备是由企业根据自身需求自主设计和开发,并在生产过程中发挥更加精准和高效作用的特殊生产设备。在自动化技术的不断突破下,非标设备在功能上取得了显著进步,但由于其不能批量生产,导致其设计研发周期较长且未能充分考虑到用户的... 详细信息

非标设备是由企业根据自身需求自主设计和开发,并在生产过程中发挥更加精准和高效作用的特殊生产设备。在自动化技术的不断突破下,非标设备在功能上取得了显著进步,但由于其不能批量生产,导致其设计研发周期较长且未能充分考虑到用户的情感需求,使得非标设备的工业设计与产品形象呈现不足。利用智能设计辅助非标设备造型设计可以快速有效地提升非标设备的造型设计水平,满足用户的情感需求。基于此,本文以智能设计为出发点,结合用户意象、感性工学理论及深度学习技术,提出了一种基于用户感性意象的产品智能设计方法,并以溢压阀装配设备为例进行了相关实验与验证。主要研究内容如下:(1)通过文献梳理,总结了情感意象测量方式及映射方法,并结合智能设计和深度学习技术,提出了基于感性意象的产品智能生成设计方法。(2)利用网络爬虫等技术手段收集了溢压阀装配设备同类图像样本,并结合用户调研数据提炼出了感性意象词汇。利用李克特量表,设计了感性意象识别实验,并对所获得的实验数据进行了分析整理,构建了设备图像样本库,为智能技术生成方案提供了数据支撑。(3)从“设备图像样本库”选取不同意象下对应的图像样本,进行Lora模型训练,并对生成模型进行筛选。借助Stable Diffusion对溢压阀装配设备造型进行创新生成,获得了不同意象风格下的溢压阀装配设备图像方案,并利用问卷对生成的方案效果进行了用户满意度评价。(4)综合上述研究,以深圳普迈仕精密制造技术开发有限公司的溢压阀装配设备为例进行了实践设计,完成了该项目的人工设计方案和智能设计方案。采用层次分析法和模糊综合评价法将智能设计输出方案与人工设计方案作以对比评价和分析,总结了智能设计与人工设计的优缺点及智能设计应用于实践项目的可行性。研究表明,本文提出的基于感性意象的产品智能生成设计方法能加速非标设备造型设计进程,提升其设计效率与质量,还能够为设计师提供更多的灵感和选择空间,为非标设备造型设计的创新和优化提供有力支持。

关键词：智能设计造型设计感性意象非标设备 Stable Diffusion

基于机器视觉的减速机齿轮轴装配及控制系统研究

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基于机器视觉的减速机齿轮轴装配及控制系统研究

作者：张春晖西安理工大学

学位级别：硕士

智能产线是现代制造业的核心组成部分,它集成先进的自动化技术、信息技术和人工智能技术,实现生产过程的智能化、柔性化和高效化。智能产线的设计初衷是为满足企业的生产需求,其操作复杂、技术性强,往往需要专业的技术人员进行操作和维... 详细信息

智能产线是现代制造业的核心组成部分,它集成先进的自动化技术、信息技术和人工智能技术,实现生产过程的智能化、柔性化和高效化。智能产线的设计初衷是为满足企业的生产需求,其操作复杂、技术性强,往往需要专业的技术人员进行操作和维护。这种专业性和复杂性使得智能产线对于大多数学生来说,学习门槛较高,难以直接上手操作。齿轮轴是电动机、发电机、减速机等机械装置中广泛应用的零件,用于支撑和传动的机械装置。特别在减速机中,齿轮传动占比达到70%以上。目前的装配过程大部分采用人工加机械工具如吊车等辅助进行装配,劳动强度大,生产效率低,装配一致性较低。随着智能制造与自动化装配技术的快速发展,传统的人工装配手段已无法满足现代制造业对于高精度、高效率、高自动化的要求。论文以西安理工大学智能制造工程专业智能产线实验室的减速机装配背景,设计减速机智能装配产线方案,并提出基于机器视觉的齿轮轴自动装配及控制系统。具体研究内容如下:(1)考虑齿轮轴识别与装配检测需求,设计齿轮轴装配系统模型、齿轮轴识别与控制系统主要装配硬件模块设计。电控采用PLC作为主控制器,PC作为数据处理端,利用基于机器视觉的目标识别与定位技术,结合自动化装配技术,搭建一种基于机器视觉的减速机齿轮轴自动装配系统。(2)齿轮轴的位置信息采用基于YOLOv8的目标检测算法。设计基于改进SAM模型和Imgaug数据增强的齿轮轴数据构建方法。齿轮轴数据集采用人工标注和数据半自动标注结合技术构建齿轮轴数据集,共计1158张图像。在此数据集基础上完成算法的训练与验证,平均检测速度为43.6ms,齿轮轴目标识别率为98%。最大定位误差为0.45,满足齿轮轴检测于定位需求。(3)减速机齿轮轴装配控制系统采用PLC控制齿轮轴自动化装配产线、机械手实现齿轮轴的自动化抓取与装配。并进行视觉相机的参数标定、机械手的运动学建模、电气接线与控制柜布局设计、齿轮轴控制流程设计和人机交互界面设计。通过PLC编程实现机械手的精确运动控制和气动夹爪的协同工作。设计减速机齿轮轴产线控制系统子程序,包括产量统计子程序、系统初始化程序、传送带电机控制程序、安全门控制程序、装配控制系统电路设计等。同时为实现人机交互的教学目的,编写人机交互界面。本文完成对齿轮轴装配系统搭建和相关电气控制接线,对人机交互界面进行验证,并进行齿轮轴自动化装配实验。齿轮轴自动装配成功率为98.9%。装配结果检出成功率为96%以上,装配结果平均检出率为97.25%。装配平均效率为10.49秒/台,验证了仿真结果的准确性。在长时间工作的情况下,系统报警与故障处理功能可靠,能够及时处理和解决产线运行过程中出现的各种问题,保证产线的稳定和学生的人身安全。

关键词：齿轮轴机器视觉机械手 PLC