检索结果-内蒙古大学图书馆

中国舰船研究 2025年第2期20卷 357-365页

作者：肖咏昕向先波孔典杨立春杨少龙华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074

[目的]针对无人艇自主对接回收中实时位姿精准获取的问题,提出一种面向无人艇对接回收的STag标记视觉导引技术。[方法]利用STag标记姿态稳定的特性,将其选作视觉导引中的基准标记。通过对无人艇摄像头视频流中STag标记的检测,结合摄像... 详细信息

[目的]针对无人艇自主对接回收中实时位姿精准获取的问题,提出一种面向无人艇对接回收的STag标记视觉导引技术。[方法]利用STag标记姿态稳定的特性,将其选作视觉导引中的基准标记。通过对无人艇摄像头视频流中STag标记的检测,结合摄像头的内部参数及STag标记的尺寸,融合EPnP及直接线性变换算法来解算回收装置与无人艇的相对位姿,并对其进行限幅滤波及一阶低通滤波处理,进而获得视线导引所需的横向偏距及航向偏差。[结果]在静态性能测试中,目标检测的角度误差平均值为6.85°,距离误差平均值为0.056m;在自主回收导引的湖上测试中,静态对接及动态对接的精度均在正负0.5m内。[结论]结果表明,相对于传统的无人艇对接回收方式,STag标记视觉导引可提高无人艇自主对接末端精度,提升整体回收成功率。

关键词：无人艇对接回收目标检测导航系统视觉导引 STag标记

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四旋翼在移动平台视觉导引自主降落研究综述

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兵器装备工程学报 2023年第4期44卷 60-67页

作者：袁泽慧陈国栋李世中中北大学机电工程学院太原030051 江苏省机器人技术及智能制造装备工程实验室(苏州大学) 江苏苏州215021

四旋翼无人机能否在有限的空间内快速、精确的降落在地面移动平台上,进行充电或回收,保证无人机的自主复飞,是实现空地协同的前提。为进一步促进我国空地协同技术的研究和发展,综述了基于视觉导引方式的四旋翼无人机在移动平台上自主降... 详细信息

四旋翼无人机能否在有限的空间内快速、精确的降落在地面移动平台上,进行充电或回收,保证无人机的自主复飞,是实现空地协同的前提。为进一步促进我国空地协同技术的研究和发展,综述了基于视觉导引方式的四旋翼无人机在移动平台上自主降落的最新研究成果。在简要介绍四旋翼无人机自主降落技术的总体流程和主要框架基础上,提炼其中的关键技术:降落标识检测算法,无人机和地面移动平台状态估计,降落轨迹跟踪和控制器设计,针对各关键技术分析和总结了其相应研究方法,并对国内外若干研究团队设计的自主降落系统中采用的主要硬件设备、相应关键技术和取得的成果进行了梳理。讨论了当前的研究难点和可行的解决方案,并对未来发展的重点方向进行了展望。

关键词：空地协同四旋翼无人机自主降落移动平台视觉导引

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基于深度学习的AUV水下视觉导引检测方法

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水下无人系统学报 2023年第3期31卷 421-429页

作者：安平王亭亭赵渊胡宁中国航天空气动力技术研究院北京100074

自主水下航行器(AUV)自主对接与回收技术主要通过导引定位的方式实现AUV与对接装置的自主归航、接近、对接及锁紧等动作。为满足AUV水下自主对接过程中实时性、高精确性和鲁棒性等要求,提出一种基于深度学习的水下视觉导引检测方法。针... 详细信息

自主水下航行器(AUV)自主对接与回收技术主要通过导引定位的方式实现AUV与对接装置的自主归航、接近、对接及锁紧等动作。为满足AUV水下自主对接过程中实时性、高精确性和鲁棒性等要求,提出一种基于深度学习的水下视觉导引检测方法。针对复杂水下场景下传统图像处理方法检测效果不佳的问题,使用基于YOLOv5的深度学习视觉导引检测方法对导引光源以及对接装置进行检测。首先,将目标图像数据接入YOLOv5模型进行迭代训练,将训练得到的最优模型参数保存用于后续实时检测;然后,在水下自主对接过程中, AUV使用机器人操作系统平台实时读取水下数据并调用YOLO服务对水下图像进行检测,输出导引光源以及对接装置位置信息;同时通过位置解算,将检测得到的中心点坐标转化到AUV相机坐标系下;最后将解算得到的AUV与对接装置的相对位置与AUV的航行方向持续反馈给AUV,进行引导直至对接完成。在海试中对水下视觉导引的实际检测准确率为97.9%,检测单帧耗时为45 ms,试验结果表明该方法满足自主对接与回收技术中对水下对接精度及实时性要求,具有实际应用价值。

关键词：自主水下航行器水下自主对接视觉导引图像处理深度学习

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基于卷积神经网络目标跟踪的AUV回收视觉导引算法

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水下无人系统学报 2022年第6期30卷 801-808页

作者：韩泽凯朱兴华韩晓军孙凯刘肖宇中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

水下自主对接回收技术是解决自主水下航行器(AUV)能源与信息传输问题,增强无人系统水下探测、隐蔽能力的主要手段。文中针对真实环境笼式水下基站回收设计水下视觉信标导引方案,提出一种改进的基于神经网络的检测-跟踪回收视觉导引算法... 详细信息

水下自主对接回收技术是解决自主水下航行器(AUV)能源与信息传输问题,增强无人系统水下探测、隐蔽能力的主要手段。文中针对真实环境笼式水下基站回收设计水下视觉信标导引方案,提出一种改进的基于神经网络的检测-跟踪回收视觉导引算法:首先利用水下基站数据集训练卷积神经网络,进行目标检测;随后利用改进跟踪算法结合位姿空间信息实现鲁棒跟踪;最后通过改进Pn P-P3P位姿估计框架解决大偏移量下可观测信标灯数量过少的问题,有效扩展水下视觉导引作业空间,并通过作业空间仿真验证了灯阵设计与算法的有效性,提出了相关有效作业空间指标。水池光学导引实验以及在湖上真实环境下结合超短基线进行的声光联合导引实验,验证了改进检测-跟踪框架在工程上的可行性。

关键词：自主水下航行器水下回收视觉导引卷积神经网络位姿估计

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车载无人机跟踪降落的视觉导引及控制算法研究

车载无人机跟踪降落的视觉导引及控制算法研究

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作者：张玮吉林大学

学位级别：硕士

四旋翼无人机操作灵活、结构简单、价格低廉,在各个领域得到了广泛运用。由于无人机携带的能源有限,在执行任务时需要定期安全回收、充电续航,跟踪降落是其中的关键技术之一。传统的基于GPS的无人机降落技术存在定位误差大的问题,随着... 详细信息

四旋翼无人机操作灵活、结构简单、价格低廉,在各个领域得到了广泛运用。由于无人机携带的能源有限,在执行任务时需要定期安全回收、充电续航,跟踪降落是其中的关键技术之一。传统的基于GPS的无人机降落技术存在定位误差大的问题,随着计算机视觉的快速发展,基于视觉导引的跟踪降落技术备受关注。然而,单一的视觉导引方法在不同降落阶段中容易出现定位不准的问题,为了提高降落精度,本文设计了针对不同降落阶段的目标检测算法。此外,降落过程中无人机对控制系统要求较高,为了提高无人机飞行稳定性设计了控制器。主要研究内容有: (1)为实现无人机跟踪降落,建立无人机控制模型和车辆控制模型。首先是无人机数学模型建立,定义无人机的坐标系及其变换关系,建立无人机仿真模型,为后续的控制器设计及跟踪降落做基础。最后简化车辆模型为自行车车辆模型,通过油门刹车和方向盘控制车辆运动。 (2)针对不同降落阶段目标检测算法精度不同的问题,设计了两阶段目标检测算法,分别是远距降落阶段目标识别中的Yolov5目标检测算法及近距降落阶段目标识别中的椭圆检测算法。首先对单目相机进行标定,设计合作地标,在仿真环境和实际环境中分别收集数据集,使用Yolov5算法训练权重,识别合作地标,为了降低计算资源,提出了一种基于Yolov5的轻量化模型,该模型使用PP-LCNet轻量化模型重新构建Yolov5主干网络,使模型大小减少了37.5%。其次针对椭圆检测易误检的问题,提出了嵌套椭圆检测的方法,提升了检测精度。为将像素信息转化为相对位置信息,设计无人机与目标的相对位置估计算法。然后对两种目标检测算法的切换时机进行估计,实验结果显示在相对距离为2.25m时切换目标检测算法可以保证识别过程中误差最低,控制在0.08m以内。最后检测了合作地标倾斜情况下的相对距离识别误差,维持在0.1m以内。 (3)针对无人机跟踪降落时视觉信息突变造成的抖动问题,设计基于自抗扰控制算法的姿态控制器。通过在期望信号上加入扰动和白噪声验证了姿态控制器的抗扰动效果。为简化控制算法调参难度引入PSO优化算法对自抗扰控制器中部分参数寻优,提升了姿态控制器的跟踪性能。位置控制器为串级PID,在Simulink中通过仿真验证了所设计控制器的轨迹跟踪效果。 (4)无人机跟踪降落策略设计及实验验证。设计多阶段无人机跟踪和降落方案,为验证所设计方案的有效性,首先在Ubuntu中部署ROS算法框架,在Gazebo仿真环境中进行静态降落、跟踪车辆、动态降落等实验。最后基于经典F450机架二次开发搭建了用于跟踪降落实验的四旋翼无人机系统,并对该无人机样机进行基础性能检测和算法部署,实验表明该无人机样机稳定性较好,可以完成自主降落。

关键词：视觉导引目标检测无人机跟踪降落相对位置估计

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基于视觉导引的气垫悬浮无人车路径跟踪控制系统设计

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工业控制计算机 2024年第12期37卷 92-93,96页

作者：李超查雯倩郭文龙高双绍兴文理学院机械与电气工程学院浙江绍兴312000 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

针对气垫悬浮车的行驶稳定等问题,设计了基于视觉引导的气垫悬浮无人车路径跟踪控制系统。给出了气垫悬浮无人车路径跟踪控制系统的硬、软件设计方案,包括电机驱动模块、视觉识别摄像头等。基于Python设计了视觉识别系统,通过嵌入式技... 详细信息

针对气垫悬浮车的行驶稳定等问题,设计了基于视觉引导的气垫悬浮无人车路径跟踪控制系统。给出了气垫悬浮无人车路径跟踪控制系统的硬、软件设计方案,包括电机驱动模块、视觉识别摄像头等。基于Python设计了视觉识别系统,通过嵌入式技术实现气垫悬浮无人车的状态观测和巡线跟踪控制。实验结果表明,所设计的气垫悬浮无人车在稳定行驶的基础上可实现行驶状态保持和巡线跟踪,满足设计要求。

关键词：气垫悬浮车视觉导引路径跟踪无人车控制系统

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基于视觉导引的AGV小车避障策略以及路径跟踪研究

基于视觉导引的AGV小车避障策略以及路径跟踪研究

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作者：王欢西安建筑科技大学

学位级别：硕士

AGV作为工业智能化下的产物已广泛运用于各个领域,它以高效、灵活、可靠运行等优点替代了传统意义上的可重复劳动力,极大程度的提高了工作效率。在科技飞速发展的大环境下,由于可视化以及数字图像处理技术的兴起,推动了AGV视觉导航技术... 详细信息

AGV作为工业智能化下的产物已广泛运用于各个领域,它以高效、灵活、可靠运行等优点替代了传统意义上的可重复劳动力,极大程度的提高了工作效率。在科技飞速发展的大环境下,由于可视化以及数字图像处理技术的兴起,推动了AGV视觉导航技术的发展。本文课题来源于陕西省重点研发项目,主要针对AGV导航过程中的障碍物检测以及后续AGV该如何跟踪路径行驶的问题。因此本文以AGV作为主要研究对象,结合机器视觉等相关技术,主要研究了AGV视觉导引以及障碍物检测与路径跟踪等内容。具体安排如下:(1)针对小车路径识别中的障碍物检测问题,从视觉认知的角度出发,依据人类执行视觉任务的方法,引出了AGV的视觉导引方式。首先在选取了AGV图像采集设备的基础上,对采集到的图像进行预处理,通过灰度化处理提高后续图像处理的运算速度,采用改进的自适应中值滤波降噪获取高质量图像以及Otsu阈值分割提取感兴趣区域;然后进行图像特征提取,选取了Canny算子对路径边缘以及障碍物边缘进行特征提取,提高边缘区域像素点灰度值的稳定性,为后续的避障任务做准备。(2)针对小车避障问题,从安全避障区域的基本概念出发,首先针对小车基于障碍物的位置,建立了四种避障设计模型;其次介绍了摄像机投影成像的机理,并建立了纵向测距模型和横向测距模型;随后通过像机标定实验,选用了张正友标定法来获取摄像机的内外部参数;最后对纵横向测距模型进行了实验验证并对四种避障设计模型分别进行避障仿真,验证了测距模型的精确性以及避障设计的有效性。(3)针对小车实时导航问题,从视觉导引的角度出发,首先基于前文建立的状态方程对当前的最优控制器进行设计仿真,发现最优控制器不能很好的处理小车偏差问题;随后引入了模糊控制的概念,根据小车实际情况设计出模糊控制器,最后在MATLAB中进行仿真验证模糊控制器的优越性。(4)为了构建实验环境,首先在3ds Max软件中搭建AGV的3D模型,借助Sketch Up草图软件对3D模型进行处理并将其导入Pre scan软件中;然后在Pre scan软件中进行3D场景搭建,并联合Simulink构建AGV视觉导引控制算法模型;依据该模型最后在Simulink中对直线路径和曲线路径进行仿真验证,验证了模糊控制算法模型的优越性、时效性和稳定性。

关键词：视觉导引避障策略模糊控制路径跟踪

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无人工标注的无人车视觉导引算法研究

无人工标注的无人车视觉导引算法研究

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作者：徐锦江国防科技大学

学位级别：硕士

主流车辆自动驾驶技术方案,大多依赖高精度定位或准确道路感知。然而,受环境、天气、光照等多方面因素影响,目前还无法苛求对所有的驾驶场景,都能得到精确的定位信息和准确的道路感知信息。鉴于此,本文立足于不依赖高精度地图和高精度定... 详细信息

主流车辆自动驾驶技术方案,大多依赖高精度定位或准确道路感知。然而,受环境、天气、光照等多方面因素影响,目前还无法苛求对所有的驾驶场景,都能得到精确的定位信息和准确的道路感知信息。鉴于此,本文立足于不依赖高精度地图和高精度定位,面向多变的道路场景,通过无人工标注的方式,开展无人车视觉导引算法研究,并利用视觉导引算法实现无人车自主驾驶。本文的主要工作和成果为:(1)针对主流自动驾驶方案对高精度定位、准确道路感知的依赖问题和端到端自动驾驶算法存在的缺乏解释性、不可预测性问题,本文提出了一种基于路径导引点的车辆自动驾驶新思路。在此背景下,本文提出了基于视觉里程计和轮式里程计/IMU组合的两种路径引导点自动标注方法,实现了近乎“零成本”的标注数据获取,为后续开展基于深度学习的路径导引点生成算法提供强有力的数据支撑。(2)针对环境感知信息与决策规划信息的结合问题,本文设计了一种融合局部导航地图与前视图像的路径导引点生成算法。该算法实现了鸟瞰视角下的局部地图信息与前视视角下的环境感知信息融合,有效将环境感知与车辆定位相结合,使路径导引点生成算法受全局规划信息引导。本文算法在CARLA仿真环境自主采集数据集和国际公认的基于实车环境采集的KITTI数据集上进行了测试,实验结果证实了该算法的有效性。同时,相比于传统融合方法,本文设计的融合策略在上述两类数据集中分别带来了5.7%和1.5%的准确率指标提升。(3)综合上述研究成果,本文完成了一套基于路径导引点的无人车自主驾驶系统演示样机研制,并在校园环境中对该演示样机进行了实车测试,证实了本文提出的基于路径导引点的自主驾驶系统能够以低成本的方式快速实现无人车自主驾驶,彰显了本文研究成果的实用性。

关键词：无人车视觉导引自主驾驶自动标注跨模态融合

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视觉导引式AGV动态分割最优阈值路径预测算法

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气象水文海洋仪器 2021年第2期38卷 61-62,66页

作者：徐桂林长春气象仪器研究所有限责任公司长春130102

文章针对视觉巡线AGV导航问题,提出一种基于动态分割阈值的路径预测算法。在对视觉CCD图像信号分析的基础上,根据帧图像信息的特性,采用递推计算像素阈值提取引导线信息,设计了图像数据二值化分割噪点去噪算法,可有效克服由杂点、交叉... 详细信息

文章针对视觉巡线AGV导航问题,提出一种基于动态分割阈值的路径预测算法。在对视觉CCD图像信号分析的基础上,根据帧图像信息的特性,采用递推计算像素阈值提取引导线信息,设计了图像数据二值化分割噪点去噪算法,可有效克服由杂点、交叉线、光线及环境因素等造成的干扰,并通过实验验证了算法的有效性。

关键词：视觉导引最优阈值路径预测引导线

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面向采茶机械的视觉导引技术研究

面向采茶机械的视觉导引技术研究

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作者：姜宏涛南京理工大学

学位级别：硕士

我国的茶叶产量庞大且具有广阔市场,当前采摘工作主要以人工为主,不利于产业升级。现有的机械采茶设备仅适用于低品质大宗茶采摘,需要一种具备选择性的自动化采摘设备,来提高采茶质量并减少人力成本。实现采茶设备的自动化与选择性采摘... 详细信息

我国的茶叶产量庞大且具有广阔市场,当前采摘工作主要以人工为主,不利于产业升级。现有的机械采茶设备仅适用于低品质大宗茶采摘,需要一种具备选择性的自动化采摘设备,来提高采茶质量并减少人力成本。实现采茶设备的自动化与选择性采摘需要解决两大问题:一是不损伤茶叶的前提下高效采摘,二是嫩芽的精确识别与定位。为此,本文针对采茶机械手结构以及机械手视觉导引技术展开研究。首先,从茶叶生长环境以及茶叶采摘实际流程两方面出发,提出一种采茶机械手设计方案。该机械手具备四个自由度,通过在其末端安装双目相机对嫩芽进行识别与定位。根据茶叶外形尺寸对末端执行器进行设计,并实现茶叶采摘与收集的同步进行以提升采摘效率。通过制作出的采茶机械手实物样机验证其可行性。然后,建立采茶机械手运动学模型,对机械手运动学正逆解模型进行推导,并对工作空间进行分析,确保机械手工作范围能够覆盖待采嫩芽所在区域,降低嫩芽的漏采率。为提高机械手运动稳定性,在关节空间下对其进行轨迹规划。针对采摘过程中待采嫩芽的采摘路径规划问题,在经典蚁群算法的基础上进行适应性改进,并通过仿真实验验证,改进后的算法在最短路径距离与迭代次数方面均更优。之后,研究采茶机械手视觉导引系统及其关键技术。完成机械手的双目相机标定与手眼标定。针对嫩芽图像特点进行特征提取,并基于分水岭算法进行改进,使用BM3D去噪算法以及灰度拉伸法对待分割嫩芽图像进行处理,分割出较完整的嫩芽图像。通过SURF算法进行特征点提取,采用RANSAC算法和极线约束去除误匹配点,结合最小外接矩形法与双目测距原理完成茶叶采摘点的三维空间定位。最后,对采茶机械手分别进行运动控制实验、双目视觉系统实验以及视觉导引定位实验。实验结果表明,机械手定位误差在±2mm以内,平均定位时间为1.88s。采茶机械手具备较好的位置控制精度,能够快速通过视觉导引系统实现自主定位。

关键词：茶叶采摘机械手视觉导引图像处理

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