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基于深度学习的RGB-D图像显著性目标检测前沿进展

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计算机学报 2025年第02期 284-316页

作者：黄年昌杨阳张强韩军功西安电子科技大学高性能电子装备机电集成制造全国重点实验室西安电子科技大学机电工程学院谢菲尔德大学计算机科学系

显著性目标检测是计算机视觉领域的基础问题之一,旨在对图像中最吸引人注意的目标进行检测和分割。随着深度学习技术的发展,基于RGB(Red-Green-Blue)图像的显著性目标检测算法取得了巨大进步,在简单场景下已经取得较为满意的结果。然而... 详细信息

显著性目标检测是计算机视觉领域的基础问题之一,旨在对图像中最吸引人注意的目标进行检测和分割。随着深度学习技术的发展,基于RGB(Red-Green-Blue)图像的显著性目标检测算法取得了巨大进步,在简单场景下已经取得较为满意的结果。然而,局限于可见光相机的成像能力,RGB图像易受到光照条件的影响,且无法捕捉场景的三维空间信息。相应地,基于RGB图像的显著性目标检测算法通常难以在一些复杂场景下取得较好的检测效果。近年来,随着深度成像技术不断发展和硬件成本不断降低,深度相机得到了广泛应用。其捕获的场景空间信息,与可见光图像获取的场景细节信息相互补充,有助于提升复杂场景下显著性目标检测性能。因此,RGB-深度(RGB-Depth,RGB-D)图像显著性目标检测引起了学者广泛研究。本文对近期基于深度学习的RGB-D图像显著性目标检测算法进行了整理和分析。首先,分析了多模态RGB-D图像显著性目标检测所面临的关键问题,并以此对现有算法解决这些关键问题的主要思路和方法进行了总结和梳理。然后,介绍了用于RGB-D图像显著性目标检测算法研究的主流数据集和常用性能评价指标,并对各类主流模型进行了定量比较和定性分析。最后,本文进一步分析了RGB-D图像显著性目标检测领域有待解决的问题,同时对今后可能的研究趋势进行了展望。

关键词：显著性目标检测 RGB图像深度图像深度学习多模态图像处理

欠约束临时支护机器人几何静力耦合模型及运动控制研究

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煤炭科学技术 2025年

作者：刘鹏朱延马宏伟曹现刚张旭辉段学超周昊晨乔心州夏晶陕西省矿山机电装备智能监测重点实验西安科技大学西安电子科技大学“电子装备结构设计”教育部重点实验室

护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分，尽管在提升作业效率上发挥了重要作用，但由于结构限制，仅能实现竖直方向的升降运动，难以有效应对复杂巷道的... 详细信息

护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分，尽管在提升作业效率上发挥了重要作用，但由于结构限制，仅能实现竖直方向的升降运动，难以有效应对复杂巷道的临时支护作业。为解决临时支护机器人运动受限难题，设计了一种欠约束临时支护机器人，并提出了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法，以实现欠约束临时支护机器人的高精度运动控制。首先，利用修正的G-K公式对该机器人的自由度进行了分析，针对欠约束临时支护机器人正运动学难以求解问题，建立了几何静力耦合模型，提出了一种改进的蜣螂优化算法，对正/逆几何静力问题进行求解，并对几何静力问题进行了仿真；其次，设计了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制器。针对末端支护平台参数矩阵的不确定，使用多组RBF神经网络对其逼近，根据自适应律在线调整权值，实现了动力学模型的重构，并设计鲁棒项消除模型重构误差和外部扰动。为缓解控制器存在的抖振问题，设计了模糊系统自适应逼近切换增益来代替鲁棒项，并利用Lyapunov准则证明了控制系统的稳定性。最后，以平面圆轨迹为例进行仿真。结果表明：改进的蜣螂优化算法对正/逆运动学单点验证精度均小于10-20，连续运动学求解结果良好。使用RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法对预定轨迹的位置跟踪误差为0 ～ 0.011m，姿态跟踪误差为0 ～ 0.0031°，与RBF神经网络整体逼近和PD控制相比最大跟踪误差分别减少了99.0%、90.7%，均方根误差分别减少了98.3%、96.5%。证明了基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法能进一步提高欠约束临时支护机器人的运动控制精度，在受到外界干扰的情况下具有更强的鲁棒性。

关键词：欠约束并联机器人临时支护运动控制优化算法神经网络模糊系统

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隧道建造中遥控信号传输方法研究及实现

北京交通大学学报 2025年

作者：游宇嵩杨清海荆留杰沈中西安电子科技大学通信工程学院中铁工程装备集团有限公司

在隧道建造领域内，远程遥控是实现智能建造的重要举措，针对当前遥控信号传输面临的通信时延高、可靠性低、稳定性差的问题，首先本文提出了一种多链路低相关度的通信架构，通过将感知信号与控制信号进行频谱分离，降低通信耦合度，其... 详细信息

在隧道建造领域内，远程遥控是实现智能建造的重要举措，针对当前遥控信号传输面临的通信时延高、可靠性低、稳定性差的问题，首先本文提出了一种多链路低相关度的通信架构，通过将感知信号与控制信号进行频谱分离，降低通信耦合度，其次通过研究隧道场景下不同频段的电波衰减规律，为遥控信号传输提供了参考指标。在控制信号传输中，基于有限码长编码理论与Little定理，得到了定误码率下信噪比、可达速率与信息帧长度的关系，建立了隧道内低时延传输通信模型，设计了适用于控制信号传输的帧结构，进行了低时延通信收发机的设计与实现。在感知信号传输中，基于隧道内超高频频段电波传播规律及信号强度与通信带宽的对应关系，给出了适用于感知信号传输的信号强度区间。基于遥控信号传输要求与所提供的参考指标，进行了相关实验，实验表明控制信号传输通信时延均值为0.75ms，感知信号传输通信时延≤200ms，验证了所提出的隧道建造中遥控信号传输的通信架构及相关技术的有效性和可靠性。

关键词：无线通信低时延通信遥控信号隧道建造

基于BERT的微波组件故障知识图谱推理方法

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电子机械工程 2025年第1期41卷 34-39页

作者：樊国壮周金柱侯奇峰高达林甘宇鹏西安电子科技大学高性能电子装备机电集成制造全国重点实验室陕西西安710071 中国电子科技集团公司第二十九研究所四川成都610036

本研究旨在利用知识推理技术改进微波组件调测过程中的知识补全,以增强故障知识图谱的完整性和准确性,从而提升调测效率和可靠性。针对微波技术领域知识不完备的问题,文中提出了一种基于来自Transformers的双向编码器表示(Bidirectional... 详细信息

本研究旨在利用知识推理技术改进微波组件调测过程中的知识补全,以增强故障知识图谱的完整性和准确性,从而提升调测效率和可靠性。针对微波技术领域知识不完备的问题,文中提出了一种基于来自Transformers的双向编码器表示(Bidirectional Encoder Representations from Transformers,BERT)模型的知识推理方法MicroReason-BERT。该模型首先在微波组件故障知识图谱上通过遮掩语言模型进行预训练,增强对现有数据的理解能力。随后,通过使用预训练模型的编码器部分,分别对三元组中的头实体、关系和尾实体进行上下文表示编码。在此基础上,MicroReason-BERT结合确定性分类器与空间测量进行表示和结构学习,以优化模型表现。为进一步提升模型性能,文中还引入多种损失函数进行学习。实验结果表明:MicroReason-BERT在测试集上的综合表现优于其他知识推理模型,有效提高了知识图谱的完整度。

关键词：微波组件知识推理故障诊断知识图谱

主反射面形面不确定性对天线电性能的影响机理

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电子机械工程 2025年第1期41卷 1-6,20页

作者：严粤飞王宗清王文娟许谦伍洋肖松李智王飞朝王从思西安电子科技大学广州研究院广东广州510555 西安电子科技大学高性能电子装备机电集成制造全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071 中国科学院新疆天文台新疆乌鲁木齐830011 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 西安电子工程研究所陕西西安710100

随着反射面天线不断向高频段、高增益、高性能的方向发展,其结构和电磁不确定性对天线增益和指向精度等电性能的遏制作用也愈发明显,大大限制了反射面天线探测范围与指向精度等性能的提升。文中以反射面天线为对象,建立了反射面天线结... 详细信息

随着反射面天线不断向高频段、高增益、高性能的方向发展,其结构和电磁不确定性对天线增益和指向精度等电性能的遏制作用也愈发明显,大大限制了反射面天线探测范围与指向精度等性能的提升。文中以反射面天线为对象,建立了反射面天线结构不确定性机电耦合模型,基于区间分析方法给出了主反射面形面不确定性下的方向图表达式。通过110 m天线设计模型算例,讨论了馈源和主反射面不确定性对天线增益、指向等性能的影响机理。结果表明:馈源位置不确定性对天线副瓣电平和增益损失的影响比馈源指向不确定性的影响大;与外环面板相比,主反射面内环面板形面不确定性对电性能的影响更大。

关键词：反射面天线不确定性区间分析耦合模型

激光雷达和IMU融合的煤矿掘进巷道三维重建方法

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煤炭科学技术 2025年

作者：毛清华柴建权陈彦璋薛旭升王川伟西安科技大学机械工程学院陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室

针对煤矿掘进巷道存在典型非结构化、特征退化、大尺度环境，巷道三维重建易出现位姿估计精度低、累计漂移误差大等问题，提出了一种激光雷达和惯导（Inertial Measurement Unit，IMU）融合的煤矿掘进巷道三维重建方法。该方法通过迭代... 详细信息

针对煤矿掘进巷道存在典型非结构化、特征退化、大尺度环境，巷道三维重建易出现位姿估计精度低、累计漂移误差大等问题，提出了一种激光雷达和惯导（Inertial Measurement Unit，IMU）融合的煤矿掘进巷道三维重建方法。该方法通过迭代卡尔曼滤波将激光雷达观测模型的残差函数和IMU预测模型的先验状态偏差紧耦合，经状态更新得到更为精确的后验状态，提升了退化环境下的位姿估计精度。为降低巷道三维模型重建过程中的累计漂移误差，提出基于体素化广义迭代最近点（Voxelized Generalized ICP，VGICP）的回环检测算法，以基于体素的单分布到多分布的方式进行配准，完成对回环帧的选取及精确匹配，实现回环帧的全局位姿校正，有效降低煤矿巷道三维重建的累计漂移误差。相比于A-LOAM、LEGO-LOAM、LINS算法，所提算法在位姿估计精度和全局一致性方面显著提升。公开数据集实验结果表明：所提算法的RPE和APE均方根误差分别为0.2718和0.5008，与其他算法相比分别降低了53.14%、50.97%、48.31%，和50.41%、47.99%、47.49%。开展了三种模拟巷道场景三维重建实验，结果表明所提算法构建的室内长廊模型各区域在长度、宽度和高度方向的误差百分比均在1.2%以内；所提算法构建的煤矿巷道三维模型与真实巷道空间分布一致，总体距离退化误差仅为2.46%，较其他三种算法重建性能分别提升了66.12%、65.30%、70.43%。在煤矿主体实验室掘进巷道进行三维重建实验，结果表明三维重建结果在长度、宽度和高度方向的平均误差百分比分别为0.47%、0.75%和0.67%，可以实现掘进巷道三维精确建模。

关键词：煤矿巷道三维重建激光雷达惯导迭代卡尔曼滤波回环检测

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绳索-弹簧机构工作空间分析

机械工程学报 2016年第15期52卷 15-20页

作者：段清娟李清桓李帆段学超西安电子科技大学机电工程学院西安710071 西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

对于绳索牵引并联机构,因绳索只能承受拉力而不能承受压力,因此完全约束的n自由度绳索牵引并联机构至少需要由n+1根绳索来驱动,冗余驱动会导致成本增加,绳索拉力求解复杂。绳索牵引并联机构中,在末端执行器与机架之间选择适当位置引入弹... 详细信息

对于绳索牵引并联机构,因绳索只能承受拉力而不能承受压力,因此完全约束的n自由度绳索牵引并联机构至少需要由n+1根绳索来驱动,冗余驱动会导致成本增加,绳索拉力求解复杂。绳索牵引并联机构中,在末端执行器与机架之间选择适当位置引入弹簧,构成绳索-弹簧机构,由弹簧来提供被动力,则可以实现绳索驱动器与自由度数目相同的可控绳索-弹簧机构。以平面3根绳索1根弹簧机构为例,建立模型,求解可行工作空间,分析弹簧参数对绳索-弹簧机构可行工作空间的影响,采用遗传算法对机构构型进行优化,并对比分析优化前后的工作空间指标。结果表明,绳索-弹簧机构在构型优化选择适当的弹簧参数后,可以显著改变工作空间及其质量,为后期规划动平台的运动轨迹提供参考。

关键词：绳索-弹簧机构工作空间遗传算法空间质量

一种雷达天线伺服系统结构与控制的集成设计研究

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机械工程学报 2010年第19期46卷 140-146页

作者：李素兰黄进段宝岩西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分,这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计,然后再根据要求进行调校,这往往会导致产品研制... 详细信息

雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分,这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计,然后再根据要求进行调校,这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重,不能保证伺服系统总体的综合性能最优。针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计与控制设计相分离的问题,提出一种结构与控制集成优化设计的模型,给出求解策略与方法,并进而应用于三个典型例子,取得了满意的结果。数值例子和实物试验都验证了上述雷达天线伺服系统结构与控制的集成设计模型与方法的有效性和正确性。该模型与方法对其他伺服系统的设计也具有一定的参考和借鉴价值。

关键词：雷达结构伺服机构集成设计

空间可展开天线展开过程轨迹与控制系统集成设计

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机械工程学报 2011年第9期47卷 21-28页

作者：张逸群段宝岩李团结西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题,提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法。利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹,通过天线的运动学关系表达式,可以得到天线展开过程的运动输出轨迹。讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位... 详细信息

针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题,提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法。利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹,通过天线的运动学关系表达式,可以得到天线展开过程的运动输出轨迹。讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位置得到不同天线展开轨迹的可行性,继而为最优展开轨迹设计提供了依据。并基于天线的动力学分析,给出针对展开天线特点的控制系统设计方案。考虑展开轨迹和控制系统的耦合关系,基于优化的方法同时选择贝塞尔曲线控制点位置及控制器增益系数,达到减小天线在展开过程中所受冲击的目标。讨论优化过程中涉及的设计变量及约束方程表达式,该设计问题的求解方法,并给出了仿真步骤。结合典型算例的数值结果,说明该集成设计方法的有效性和合理性。

关键词：可展开天线展开过程控制集成设计