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RCSA-YOLO:改进YOLOv8的SAR舰船实例分割

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计算机工程与应用 2024年第18期60卷 103-113页

作者：王磊张斌吴奇鸿武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室武汉430205

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中背景复杂、目标小和尺度变化大等导致分割精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv8的SAR图像舰船实例分割算法RCSA-YOLO。利用结构重参数技术设计特征提取模块RepBlock,用以替换原... 详细信息

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中背景复杂、目标小和尺度变化大等导致分割精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv8的SAR图像舰船实例分割算法RCSA-YOLO。利用结构重参数技术设计特征提取模块RepBlock,用以替换原网络中的C2f模块,增强网络的特征提取和特征表达能力,有效过滤了复杂背景噪声的干扰。使用基于内容感知的特征重组模块(content-aware reassembly of features,CARAFE)替换最近邻上采样方法,有效缓解了小目标信息丢失现象,提升了分割精细化程度。使用可切换空洞卷积(switchable atrous convolution,SAC)进行下采样操作,动态调整感受野大小,使模型具备更强的多尺度适应能力,确保了在不同尺寸舰船目标上的分割精度。在HRSID数据集上的实验结果表明,提出的算法可以将YOLOv8模型的AP_(50)值从87.7%提高到90.7%,较原算法提高了3个百分点。与主流的实例分割算法对比,SAR舰船实例分割精度也明显提升,证明了RCSA-YOLO的有效性。

关键词：合成孔径雷达结构重参数化上采样可切换空洞卷积

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双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法

控制与决策 2024年第6期39卷 1787-1800页

作者：刘辉张雪波李如意苑晶南开大学机器人与信息自动化研究所天津300350 天津市智能机器人技术重点实验室天津300350

激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inerti... 详细信息

激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)不受环境约束、相机依赖视觉纹理的特点,提出一种双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法,以解决纯激光SLAM算法在环境结构特征缺乏时的退化问题.即采用双目视觉惯导里程计算法为激光扫描匹配模块提供视觉先验位姿,并进一步兼顾视觉约束与激光结构特征约束进行联合位姿估计.此外,提出一种互补滤波算法与因子图优化求解的组合策略,完成激光里程计参考系与惯性参考系对准,并基于因子图将激光位姿与IMU数据融合以约束IMU偏置,在视觉里程计失效的情况下为激光扫描匹配提供候补的相对位姿预测.为进一步提高全局轨迹估计精度,提出基于迭代最近点匹配算法(iterative closest point,ICP)与基于图像特征匹配算法融合的混合闭环检测策略,利用6自由度位姿图优化方法显著降低里程计漂移误差并构建环境地图.最后,将所提出方法在公开与自制数据集上进行实验验证,并与主流开源的SLAM算法进行对比.实验结果表明,所提出算法可以在结构特征缺乏环境下稳定运行,并且相较于对比算法具有更高的位姿估计精度和算法鲁棒性.

关键词：激光SLAM 闭环检测结构特征缺乏环境位姿图优化视觉惯导里程计

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接触热阻对高速滚珠丝杠副温升特性的影响

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：姜歌东王昊荆亚彬陕西省智能机器人重点实验室西安交通大学机械工程学院

本文基于MB分形理论确定了滚道接触表面的接触热阻，并建立了考虑接触热阻的高速滚珠丝杠副热分析有限元模型；通过仿真计算，分析了不同接触热阻下的滚珠丝杠副温升特性。结果表明，丝杠的最高温度集中在前轴承处和滚珠滚道接合处，滚... 详细信息

本文基于MB分形理论确定了滚道接触表面的接触热阻，并建立了考虑接触热阻的高速滚珠丝杠副热分析有限元模型；通过仿真计算，分析了不同接触热阻下的滚珠丝杠副温升特性。结果表明，丝杠的最高温度集中在前轴承处和滚珠滚道接合处，滚珠和螺母的峰值温度集中在滚道中部。接触热阻值的变化对滚珠和螺母的稳态温度影响较为显著；随着接触热阻值的增大，滚珠和螺母的稳态温度均存在明显上升，上述工作为研究高速滚珠丝杠的温升控制和冷却润滑方法提供了理论基础。

关键词：机械工程滚珠丝杠副接触热阻有限元分析

基于改进鲸鱼算法优化GRU-CNN的溶解氧预测

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环境工程学报 2024年

作者：胡龙元刘黎志智能机器人湖北省重点实验室(武汉工程大学)

为了提高相关模型在长江调关水质断面的溶解氧预测精度，基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)，卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)提出了一种混合预测方法。... 详细信息

为了提高相关模型在长江调关水质断面的溶解氧预测精度，基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)，卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)提出了一种混合预测方法。模型通过GRU提取水质数据的长期历史特征，通过CNN对GRU的输出和输入进行卷积提取短期特征，将两者进行算术拼接得到最终预测结果。通过将Tent混沌映射、自适应惯性权重和遗传算法(genetic algorithm,GA)引入WOA算法，解决WOA算法初始化种群质量较低，易早熟和对参数设置敏感的问题之后，再使用改进鲸鱼算法(IWOA)对模型进行参数寻优。实验结果表明，所提出的改进鲸鱼算法优化GRU-CNN (IWOA-GRUC+)模型具有出色的效果，其MAPE仅为2.27%，在RMSE、MAE和R2这几项指标上，分别达到了0.339、0.216和0.913%的优良表现。IWOA-GRUC+模型一定程度上提高了传统模型在溶解氧(DO)预测中的性能。

关键词：溶解氧预测门控循环单元卷积神经网络鲸鱼优化算法遗传算法

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基于分层运动分解的飞行机械臂视觉伺服控制

控制理论与应用 2024年第5期41卷 808-816页

作者：张兆鹏何慰梁潇韩建达方勇纯南开大学人工智能学院机器人与信息自动化研究所天津300350 南开大学天津市智能机器人技术重点实验室天津300350

飞行机械臂系统具有主动作业能力,通过搭载视觉传感器感知周围环境,系统的自主能力将进一步提高.然而,考虑到无人机的欠驱动和整个系统的非线性特性,飞行机械臂系统的视觉伺服控制仍然是一项具有挑战性的工作.本文在充分考虑机械臂对无... 详细信息

飞行机械臂系统具有主动作业能力,通过搭载视觉传感器感知周围环境,系统的自主能力将进一步提高.然而,考虑到无人机的欠驱动和整个系统的非线性特性,飞行机械臂系统的视觉伺服控制仍然是一项具有挑战性的工作.本文在充分考虑机械臂对无人机的力/力矩作用后,提出了一种基于分层运动分解的飞行机械臂视觉伺服控制方案.首先,对飞行机械臂系统的运动学和动力学模型进行分析.然后,根据所得的相机运动学模型,通过基于图像的视觉伺服控制获得相机的期望速度,进而制定无人机和机械臂的速度分配策略.在考虑机械臂运动时对无人机产生的力/力矩影响,设计了底层的飞行控制器.最后,在与现有方法的仿真对比中可以看出,所提方法具有良好的控制性能,对图像特征点位置的不确定性及图像噪声也表现了较好的鲁棒性.

关键词：多旋翼无人机飞行机械臂视觉伺服控制

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动态查询感知的行人重识别算法

计算机工程与应用 2024年第19期60卷 199-208页

作者：闵锋刘煜晖毛一新况永刚刘彪武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室

目前无监督的泛化行人重识别算法在某些需要背景信息辅助判断的情况下，可能会忽视图像的局部区域对细粒度特征的关注，导致背景信息被过滤掉，从而降低识别精度。针对上述问题，提出了一种基于稀疏注意力的动态查询感知算法。通过挤压... 详细信息

目前无监督的泛化行人重识别算法在某些需要背景信息辅助判断的情况下，可能会忽视图像的局部区域对细粒度特征的关注，导致背景信息被过滤掉，从而降低识别精度。针对上述问题，提出了一种基于稀疏注意力的动态查询感知算法。通过挤压拼接（squeeze and concat,SPC）模块，获取不同通道数的特征图。利用双层路由感知注意力机制，提取不同尺度特征图之间的注意力权重，得到逐级通道注意力向量。对逐级通道注意力向量的权重进行重新校准。将重新标定的权重与相应的特征图进行加权，输出具有更丰富细化特征信息的多尺度特征图。所提模型在大规模公开数据集（Market-1501、DukeMTMC-reID、MSMT17）上进行实验，相较于基线模型Rank-1分别提高了3.2、4.4、15.4个百分点，mAP分别提高了5.5、8.3、16.2个百分点，与现有前沿算法相比，能够实现更好的局部和全局特征通道之间的信息交互，提升模型对图像特征的细节感知能力

关键词：行人重识别细粒度特征稀疏注意力机制动态查询感知特征重组

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空间站机械臂末端执行器用导轨设计与验证

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 182-188页

作者：张文明杨旭王储胡成威北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端... 详细信息

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

关键词：机械臂末端执行器导轨设计验证

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基于深度学习的光场显微像差校正

光学学报 2024年第14期44卷 82-91页

作者：王长淼李晖张水平吴云韬武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205

由于光场显微镜中透镜的固有缺陷以及样品折射率分布不均匀会引起光学像差,这严重影响光场显微成像的质量。引入光场解耦模块,解析获得光场的相位和强度信息;并设计用于光场显微像差校正的相位-强度双路径网络(PCANet)。实验结果表明,... 详细信息

由于光场显微镜中透镜的固有缺陷以及样品折射率分布不均匀会引起光学像差,这严重影响光场显微成像的质量。引入光场解耦模块,解析获得光场的相位和强度信息;并设计用于光场显微像差校正的相位-强度双路径网络(PCANet)。实验结果表明,所提出的方法不仅可实现光场显微像差校正,而且重建出的图像具有高分辨率和清晰的细节边缘;相较于其他传统的图像超分辨率网络,所提方法重建结果的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)分别提高了15.4%和11.7%。本研究为低成本光场显微像差校正提供了一种高效的方案。

关键词：几何光学光场显微深度学习像差校正高分辨率相位恢复

基于聚合物分散液晶薄膜的光场透视混合现实显示系统

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光学学报 2024年第14期44卷 92-102页

作者：陈思李晖李甜苏晨博吴云韬武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205

为了解决视觉辐辏调节冲突(VAC)问题,本文提出了一种基于聚合物分散液晶薄膜(PDLC)的光场透视混合现实显示系统。该系统利用PDLC的电控可调透过率特性,将投影目标物体的光场信息与真实场景进行有效融合;并基于凸优化理论,提出了适配的... 详细信息

为了解决视觉辐辏调节冲突(VAC)问题,本文提出了一种基于聚合物分散液晶薄膜(PDLC)的光场透视混合现实显示系统。该系统利用PDLC的电控可调透过率特性,将投影目标物体的光场信息与真实场景进行有效融合;并基于凸优化理论,提出了适配的光场渲染算法;联合PDLC不同电压下目标物体光场信息的冗余性,以及真实场景与目标物体色彩亮度差异,生成了不同焦深下和谐化虚实场景融合的二维图像。实验结果表明,所提出的系统能呈现高质量、连续焦深和谐化虚实场景融合效果。该系统计算量小、硬件成本低、融合效果佳,可有效解决VAC问题,在透视混合现实显示领域具有极大的应用潜力。

关键词：透视混合现实显示聚合物分散液晶光场渲染虚实融合正则化约束