月球车视觉系统立体匹配算法研究

根据对月球车立体视觉系统及其工作环境特点的分析,提出了一种特征辅助的区域匹配算法.该算法将匹配分为特征匹配和区域匹配两个阶段进行.特征匹配阶段利用几何约束和多特征匹配得到高可靠的边缘匹配结果.边缘匹配结果经滤波后用于辅助区域匹配,有效地减少了无特征辅助的区域匹配在无纹理和少纹理区域容易产生的误匹配.算法结合特征匹配和区域匹配各自的优点,可以以较高的可靠性得到密集的视差图.实验结果表明,该算法用于室外自然地形图对的匹配时,可以生成较为准确和密集的地形图,满足月球车立体视觉导航的需要.     

基于ORB特征的改进RGB-D视觉里程计算法研究

提出一种基于ORB特征算子的改进RGB-D视觉里程计算法,针对移动机器人在室内环境定位时存在的精度低、系统处理速度慢等不足,首先对视觉里程计中ORB特征提取信息,采用四叉树形式划分,使特征信息提取均匀化;改进误匹配点剔除算法,缩小抽样点总量,有效剔除误匹配,提高机器人的位姿估计精度;最后,提出一种关键帧提取与筛选策略,利用局部地图判别关键帧,加快系统运行速度,减少跟踪丢失。仿真实验表明:改进后的视觉里程计算法鲁棒性更好,定位精度明显提高。     

一种改进SURF算法的单目视觉里程计

基于微软Kinect传感器,提出一种改进SURF(speeded up robust features)特征提取算法的单目视觉里程计新方法。用Kinect传感器获得环境彩色和深度图像,再采用基于特征点信息的改进的SURF算法完成彩色图像特征点的提取与匹配,提高匹配的正确率和鲁棒性,随后进行与深度图像的映射,实现三维重建并利用最小平方中值定理估计出机器人的路径信息。实验证明,该方法匹配正确率较SURF算法更高,在动态环境下具有很好的鲁棒性,是一种简单、有效的单目视觉里程计新方法。     

基于相似性概率约束的立体视觉稠密匹配算法

本文提出一种面向非结构化环境的快速立体视觉稠密匹配算法,能有效解决弱纹理、岩石局部遮挡条件下的精确立体视觉稠密匹配问题。该算法利用外极线约束缩小搜索区域的候选匹配点,有效解决遮挡和深度不连续的影响,利用Mean-Shift算法构建一个自适应阈值函数来分割图像,再对稠密视差图进行初值优化,提高了高相似度与弱纹理区域内的视差估计精度。利用本算法对实际环境图像和标准测试图像进行处理,实验结果表明对环境中的遮挡和弱纹理问题具有良好的鲁棒性,在室内外环境下均能够获取高质量稠密视差图。     

基于计算机视觉的无人机位姿估计

本文给出了无人机着陆过程中利用帧间图像提取的特征点进行无人机运动估计的算法。采用Shi-Tomasi-Kanade特征提取算法进行特征点的提取与匹配,然后建立视觉信息与无人机位姿的关系,通过对帧间图像单应性矩阵的求解,对无人机进行相对位置和姿态的估计。仿真结果表明,该算法能够有效地提高匹配速度,降低误匹配率,较好的估计无人机的相对位置和姿态信息。     

基于RGB-D摄像机的室内三维彩色点云地图构建

创建室内环境的三维地图可以使用RGB-D摄相机获取多帧率的彩色图和深度图,结合视觉SLAM算法,完成彩信息与深度信息的结合并构建真实三维环境地图数据是常用的一种方法.通过Kinect传感器采集室内环境的RGB图和Depth图,改进了ORB算法并进行特征提取和基于FLANN搜索的图像匹配算法匹配图像特征,使用PNPRANSAC方法估计图像的运动,为抑制在点云配准过程中累积误差造成的位姿漂移采用g2o图优化,实现探索室内未知环境的三维彩色点云空间,完成周围环境地图的创建.实验结果表明,以Kinect传感器实现视觉SLAM的方法对于室内三维点云数据创建有较好的效果,具有一定的理论和实际应用价值.     

非结构化环境下基于视觉的障碍物实时检测

针对月面等非结构化环境下的实时障碍物检测问题,提出了一种基于角点的立体视觉障碍物检测方法.为提高角点提取与匹配的效率,采用基于Bresenham圆形模板和Moravec算法的两步角点检测与确认方法,并利用稀疏模板与极性约束进行角点匹配.考虑到单纯基于高度的障碍物的定义及其检测算法在月面等非结构化环境下不再有效,采用了一种基于角点空间关系的障碍物定义,并设计了相关的障碍物检测算法.该算法能实时运行于月面等非结构化环境,且不需要环境的先验知识.实验结果证明了算法的有效性.     

基于SURF和TPS的立体影像密集匹配方法

利用加速鲁棒特性(SURF)算法搜索影像的特征点,基于薄板样条(TPS)建立对应域之间连续和光滑形变变换,用于影像视差的估计,在此基础上提出一种新的立体影像密集匹配方法.首先,基于SURF算法进行特征匹配;然后,利用极线和TPS变换约束选择稳定可靠的同名点,计算影像之间的TPS变换矩阵,估计对应点的位置;最后,基于影像灰度进行密集匹配,并利用极线约束和TPS矩阵删除误匹配点.为保证视差估计的可靠性,利用种子点的外接凸边形对匹配区域进行限定.以人脸三维重建中的影像匹配为例,得到了稳定可靠且密集的同名点.     

动态环境下改进ICP算法的RGB-D SLAM研究

针对传统的ICP(Iterative Closest Points)算法,无法满足室内动态环境下SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)算法的准确性要求,提出了一种融合特征点结构相似性判断的ICP改进算法;通过在特征点集中引入三角形结构约束,实现两组点集中的动态匹配点与误匹配点的剔除,进而提高ORB特征点匹配的准确性;与传统的SLAM算法相比,改进后的算法对相机位姿的估计更加准确;通过在Linux系统下的仿真实验,结合特征点三角几何约束的ICP算法能够有效解决动态对象对相机位姿估计的影响,提高RGB-D SLAM在动态场景下的定位精度。     

多元量化SIFT视觉特征提取方法

视觉特征提取质量决定了UCAV认知导航的效能。为实现UCAV认知导航的高鲁棒性特征点提取，提出一种特征点优选的多元量化MQ-SIFT方法。针对SIFT模拟特征序列分布不均匀、正确匹配率不高的缺陷，提出采用多值量化与比特抽取结合法对模拟特征序列进行多元量化，并且分析验证了该方法的优越性能。为确保高鲁棒性特征点用于认知导航，对特征点进行了优选，给出了优选准则，提出了搜索最大连通集的改进迭代互欧氏距离方法。仿真结果表明：在图像信噪比大于10 dB时，MQ-SIFT算法及其优选的特征点具有较高的正确匹配率，并且其匹配率能够满足认知导航系统需求。     

无人驾驶车辆基于角点和斑点的特征提取算法

针对运行在计算资源有限的车载嵌入式系统中的视觉里程计算法实时性较差的问题,提出一种基于Harris和SIFT相结合的图像匹配方法——Harris-SIFT算法。在介绍了SIFT算法的基础上,给出了Harris-SIFT算法的原理:使用Harris算法提取图像中的角点作为特征候选点,再利用SIFT算法在Harris的特征候选点中进行特征点提取。通过实例用Matlab软件对算法进行了仿真,并对算法的复杂度及各种性能进行了分析。结果表明,所提出的方法在特征检测模块中降低了算法的运算量、提高了特征点提取速度。Harris-SIFT算法可用于实时视觉里程计系统中,进而可使视觉里程计在车载嵌入式导航系统上得到广泛的应用。     

基于虚拟现实环境的六轮月球车运动性能分析

为了仿真试验月球车在月面环境的运动性能,利用虚拟现实技术建立了月球车仿真试验环境.以一种六轮月球车为原型建立了物理模型,并给出了计算机求解方法,实现了六轮月球车在月面环境下进行运动性能分析的仿真试验.通过对比该月球车设计原型的真实试验结果和仿真试验结果,验证了虚拟仿真的正确性.为月球车设计带来了一个有效的辅助工具.     

变驱动半径两轮并列式月球车的稳定性分析

为了适应月球探测的特点和要求,提出了一种两轮并列式月球车结构,并分析了其驱动原理和性能.为了更好地适应两轮车系统的视觉导航及多车对接所具备的稳定性需要,设计了一种变驱动半径的两轮并列式月球车系统模型.针对两轮车系统的稳定性进行数学建模,采用变驱动半径结构和状态反馈控制进行仿真,结果表明,变驱动半径结构可以有效地实现两轮车系统的稳定性控制.     

基于图像理解的移动机器人定位问题研究

为了能够提高在一般环境下移动机器人定位的精度,文章采用栅格地图来描述环境;提出基于图像理解的移动机器人定位的概念,将栅格地图当成图像来处理,从而可以将图像配准中的优秀算法引入移动机器人定位中;对于栅格化的图像提取其Harris角点,同时提出两步匹配法寻找相邻2个时刻的2幅图像中匹配的Harris角点。首先采用里程计的数据对角点进行粗匹配,而细匹配采用的是基于随机抽样算法,能够有效地剔除粗匹配过程中误匹配的角点对,提高了定位算法的鲁棒性;最后用非线性最小二乘法估计机器人的位姿。通过实验可以看出在一般的环境中,基于图像理解的定位算法要优于基于线段特征的定位算法。     

极限温度下月球车轮驱动电机带障运行性能预测

月球车在月面极端恶劣环境下长时间运行,很难得到维护,预测故障发生后其车轮驱动电机的运行性能对月球车运动控制系统的可靠性研究有重要意义。建立了室温下电机的有限元仿真模型,通过修改材料属性,对月面极限温度下电机性能进行了预测;对正常运行时的模型施加故障条件,仿真了电机带障运行时的电流和电磁转矩波形,与正常运行时进行了比较和分析。仿真结果表明：电机发生故障后,车轮无法自主起动,但在某些故障条件下,电机仍然具备一定的转矩输出能力。实验结果证明室温时模型在额定转速附近具有较好的精度。研究结论为电机的性能预测和故障诊断以及月球车可靠性分析提供了参考。     

月球探测车的动力学建模与仿真分析

针对月球的复杂地形环境,利用多体系统动力学的理论,将月球探测车作为一个多刚体系统,对其进行动力学分析,建立了软地面环境下的月球探测车动力学模型.并利用ADAMS软件对所建立的动力学模型进行求解和仿真分析,为月球探测车控制系统的设计与数值计算提供了理论依据.     

基于LM法的光束法平差巡视器导航定位

光束法平差是一种通过高斯牛顿法进行最优估计的方法,在利用相机图像进行巡视器导航定位时起着重要的作用.为获得在缺少足够控制信息的月面环境下的高精度定位信息,提出一种利用列文伯格-马夸尔特算法(LM算法)代替高斯牛顿算法,进行图像光束法平差的巡视器导航定位方法.根据LM算法的核心思想和巡视器图像的构网特征,构建光束法平差模型,并给出了合适的阻尼策略和验后权估计方法.实验结果表明,基于LM算法的光束法平差巡视器导航定位,可以克服高斯牛顿算法适用性弱的缺点,具有较高的定位精度和理想的收敛速率.     

基于控制点约束及区域相关的立体匹配算法

立体匹配是计算机视觉的关键问题.为了得到准确匹配的稠密视差图,通过对基于特征和基于区域立体匹配算法的讨论,结合这两种算法的优点,提出一种新的基于控制点及区域相关的立体匹配算法.该方法首先在利用Harris角点检测算法检测出角点的基础上,对角点进行立体匹配得到精确的匹配点对即控制点,然后在控制点的约束下对非角点像素进行基于区域相关的立体匹配,得到整体稠密的视差图.这样既缩小了匹配搜索空间,又保证了匹配的可靠性.     

基于多尺度小波变换角点特性的图像配准研究

针对传统单尺度角点检测算法易产生伪角点和在角点匹配过程中计算复杂,容易产生误匹配等缺点,提出一种基于多尺度小波变换角点特性的图像配准方法.该算法首先采用多尺度小波变换的二维图像角点检测算法采检测参考图和待配准图的角点信息,然后采用两图角点对的欧几里德距离平均值的极小值作为两图角点对配准准则,利用改进的粒子群优化(Par...     

基于角点检测的图像匹配算法及其在图像拼接中的应用

研究了图像匹配与图像角点匹配之间的关系．并在此基础上提出一种基于角点检测的图像匹配算法，成功地应用于图像拼接中．该算法将角点作为图像的特征点，并通过角点值、邻域角点数、角点间距及参数一致性等4个指标对角点集进行逐级筛选，有效地剔除了不匹配的角点，保证了匹配精度，同时避免了传统算法中进行模板匹配的繁重计算，大大提高了匹配速度．图像拼接实验验证了本文算法的快速、准确和稳定的特性．