基于粒子滤波的部分对应点集刚体配准算法

为了解决部分对应点集之间的刚体配准问题,本文提出了一种基于粒子滤波的刚体配准算法.该方法将部分对应点集配准问题转化成相应的状态估计问题,通过采用基于配准误差驱动的运动模型及设计基于迭代最近点原理的观测模型,从而提出了基于粒子滤波的配准算法解决部分对应点集的刚体配准问题.实验结果验证了本文所提出算法的有效性.     

基于自适应尺度的遥感影像渐进配准

图像配准是遥感图像处理中的基本问题.本文针对多源多时相遥感影像的特点,提出了一种基于自适应尺度的渐进配准方法,在从粗到细的迭代配准过程中,可以通过上一次配准结果的几何定位误差来确定本次匹配的尺度,并按该尺度提取特征角点和特征邻域进行匹配,与常规金字塔渐进配准方法相比,减少了匹配次数,提高了配准效率.另外,特征提取和匹配过程中提出一种基于Harris-Laplace算法和相位相关算法的遥感影像配准算法,利用Harris-Laplace角点代替原始图像,能够综合区域和特征的优点,对亚像元偏移、旋转、尺度变化具有不变性,同时对对比度和灰度的变化不敏感,具有很强的抗噪性.在特征检测和匹配的过程中采用限定搜索区域、抽稀角点等多种优化策略来提高算法的性能.实验证明,算法具有很好的精度,对几何攻击具有很好的鲁棒性,该算法已经应用于CBERS-02B星3级数据的批量自动化生产,具有很好的应用效果.     

基于自主运动状态估计及信息交互的多移动机器人协作定位

主要研究了未知动态环境中多移动机器人利用环境信息交互完成协作定位的问题.考虑移动机器人自身运行状态对协作定位的影响,提出基于自主运动状态估计的协作定位周期自适应选择算法.为避免机器人相互直接观测需要配备特定标识的局限,并充分利用处于同一场景中多机器人观测信息的可交互性,论文提出基于MbICP算法的多机器人观测信息交互方法,同时利用扩展Kalman滤波实现多机器人变速运行中的协作定位.通过应用于Pioneer3-DX机器人平台所获得的协作定位实验结果及数据分析,验证了所提方法的有效性和实用性.     

基于多分辨率粒子滤波的全局协同定位方法

野外环境下,多类型机器人协同合作可以克服单一类型机器人(如无人车、无人机等)在环境建模任务中的视角、尺度方面的问题,进而提高整体编队系统的环境感知与决策控制能力.而在多类型机器人协作系统中,协作定位是协同合作的关键难题之一,也是进行编队建模与编队控制的基础.在GPS缺失环境下,由于传感器类型的不同,非结构化的环境特征,视角的不同而导致基于匹配的多机器人定位方法无法实现有效稳定的定位.本文提出了一种基于多分辨率最近邻匹配和粒子滤波的协同定位方法,可以在初始相对位置未知的情况下,进行全局范围内的协同定位.本文采用了一种针对粒子匹配精度以及匹配效率的评估方法,并根据粒子评估结果进行粒子权重更新,地图更新以及粒子数目更新,以平衡在定位过程中粒子对状态空间的描述和定位效率.同时,针对于粒子退化或者粒子收敛速度过慢的问题,采用了基于分辨率等级和粒子匹配精度和匹配效率的自适应调整方法.最后结合具体平台,本方法在野外水湾环境进行了基于无人船与无人机的协同定位实验,实验结果表明本方法有效解决多机器人在GPS缺失下的协同定位问题.     

商用车ABS预测控制方法研究

针对商用车制动过程中存在的强烈非线性和模型不确定性问题,建立了整车七自由度转向制动状态空间模型,提出了一种非线性连续预测控制方法,设计了基于滑移率的ABS非线性预测控制器.在控制器设计中,利用泰勒级数展开对系统状态进行适当的截尾处理,获得了系统预测模型,并将ABS路面识别算法引入参考轨迹设计,提出了多路面下的参考轨迹模型.当路况发生变化时,参考轨迹也发生相应的变化,而且在系统中引入了积分反馈,以增强系统的鲁棒性.仿真研究表明,当ABS存在建模误差、载荷变化和干扰时,该非线性预测控制器仍能够获得良好的动态响应和鲁棒性.     

用于视觉导航中的摄像机标定方法研究

为了解决摄像机标定的非线性优化过程中解的不稳定性问题,提出了一种线性的摄像机标定方法.该方法首先利用透视投影的交比不变性原理,在畸变模型为一阶径向畸变的情况下,根据空间共线4点的图像坐标及其交比,线性标定出摄像机镜头的畸变参数;然后,基于考虑径向畸变的摄像机成像模型的约束关系.线性标定出其他摄像机参数.实验结果表明,该方法标定模板制作简单,操作方便,具有一定的鲁棒性,可以满足农业机器人视觉导航中的精度要求.     

InSAR干涉相位图生成的图像配准自补偿方法

提出了一种基于局域斜平面地形模型的联合子空间投影方法来估计陡峭地形的InSAR干涉相位．该方法能够充分利用相应像素对及其相邻像素对的相干信息，并且利用包含干涉相位的信号子空间的所有基矢量向噪声子空间投影来估计干涉相位，该方法具有自适应图像配准和降低相位噪声功能，因而可以在SAR图像配准精度很差（可以允许达到一个分辨单元）的条件下准确地估计相应像素问的干涉相位．实测数据及仿真数据的处理结果证明了此方法的有效性．     

基于PF-EKF的多机器人合作定位方法

研究了多机器人群在未知环境中进行合作定位的方法.机器人利用相对观测信息以及必要的信息交换,完成信息的共享及自身的定位.在初始阶段,机器人都不知道其自身的位置,当具有全局定位能力的机器人获得定位信息后,其他机器人利用粒子滤波（PF）方法融合相对观测量,各自维护着一个代表其位置分布的粒子集合,当粒子集合逐步收敛到接近Gauss分布时,则转而利用扩展Kalman滤波（EKF）方法进行位置的跟踪.仿真结果及实验表明,PF-EKF方法结合粒子滤波器的鲁棒性、适应性与EKF的高效率和实时性,机器人群中各成员可共享全局定位信息,能有效地在未知环境中确定自身的位置.     

胶囊机器人弯曲环境内万向旋转磁矢量控制原理

为了以空间万向旋转磁矢量为驱动源实现肠道胶囊机器人在充满大黏度液体弯曲环境内的非接触式转向游动,基于空间交变矢量正交叠加原理,本文提出一种新的叠加空间万向均匀旋转磁矢量的物理方法,即采用三相正弦波电流在三轴正交嵌套亥姆霍兹线圈装置内叠加均匀空间万向旋转磁场.根据所归纳的反相位电流叠加定律,提出了一种有效调整均匀空间万向旋转磁场方位与旋向的控制方法,为了验证叠加空间万向旋转磁场的可行性和可控性,研制了三轴正交嵌套的亥姆霍兹线圈装置、驱动电源和新型胶囊机器人样机,并在螺旋弯管和动物肠道内进行了游动试验,结果表明均匀空间万向旋转磁场的方位与旋向均可以数字化连续调整,通过空间万向旋转磁矢量的控制,胶囊机器人可在螺旋状肠道内转弯游走,空间万向旋转磁场技术的突破将推动现代物理学与生物医学工程的发展.     

虚拟环境下桥壳焊接机器人动力学及轨迹跟踪研究

为解决人工焊接桥壳效率低、质量差等问题,建立一种可移动的桥壳截面焊接机器人模型,对其进行非完整动力学建模,并对焊接人机器人移动平台和调整装置进行运动控制,最后以实际所需焊接桥壳截面为对象,验证该模型的可行性。研究结果表明:由于系统对移动平台和调整装置进行联合控制,提高了焊缝跟踪的精度及系统整体运动平顺性。本桥壳焊接机器人对于实现桥壳截面的焊接具有良好的适应性和鲁棒性,可实现对复杂焊接轨迹的跟踪控制。     

一种基于WL算法的加速方法

本文对WL算法和其加速方法TSVQ进行研究。通过对搜索范围的分析提出了一种通过设置搜索带、减少匹配点搜索范围的方法来确定搜索区间，并进行了实验验证。实验证明与TSVQ加速方法相比，本方法能够使合成速度大大提高，并且算法实现上更简单。     

基于单形体几何的高光谱遥感图像解混算法

提出一种新的基于单形体几何的高光谱遥感图像混合像元丰度估计算法.该算法的目标是在已知端元矩阵的基础之上,估计高光谱图像中各个观测像素点中每个端元的丰度.根据凸几何理论,基于线性混合模型的高光谱解混问题可以看成一个凸几何问题,其中端元位于包含整个高光谱数据集的单形体的顶点,而它们对应的重心坐标则可以看作各个观测像素的丰度.提出的方法由3部分组成,分别为基于单形体体积的重心坐标计算方法、距离几何约束问题和基于内点的单形体子空间定位算法.与其他基于单形体几何的算法相比,该方法具有诸多优点.Cayley-Menger矩阵的引入使得欧式空间上的运算转化为距离空间上的运算,在降低运算复杂度的同时很好地兼顾到数据集的几何结构.而且,单形体重心的使用确立了一种快速而精确的判断方法来确定观测像素所属的子空间,进而利用递归的思想得到丰度值.此外,算法核心仅仅涉及观测点与端元之间的距离,而与波段数无关.因此,该算法无须对数据执行降维处理,从而可以避免因数据降维而造成的有用信息的丢失.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法与同类其他优秀的算法如FCLS和SPU相比,具有更高的运算精度,同时在端元数目较小时具有较快的运算速度.     

基于共形几何代数的3D医学图像配准

随着医学图像处理技术的发展，3D／3D配准益受重视，尤其是在外科手术导航等医学应用中．学者们提出了各种3D／3D配准方法，但大多方法是采用传统代数方法进行配准，配准精度和效率都存在问题．本文利用非经典数学——共形几何代数重建了3D医学图像的位置关系约柬问题，分析了医学图像的共形几何变换，构造了新的3D医学图像配准相似测度，基于此提出了新的3D医学图像配准算法，用于CT和MR图像的3D配准．新算法中，以骨骼轮廓作为配准的基础点集，在骨骼轮廓的基础上采用共形几何代数构造共形几何体，接着采用新的3D医学图像配准相似测度进行三维数据的直接配准．实验表明新算法实现了三维数据的直接对齐，能较好地定位组织器官的三维位置．可以直观地体现配准结果．     

嫦娥三号月球车机械臂探测点定位方法

结合中国嫦娥三号月球车探测的科学应用目标,提出了一种基于投影变换的机械臂探测点定位方法.该方法在总结鱼眼镜头成像模型基础上,建立球面投影与透视投影间的转换关系,求得球面投影中像主点坐标和球半径,利用相关参数将球面投影图像转化为透视投影图像;结合月球车上鱼眼相机的安装位置相对固定,将转换后的透视投影图像重采样生成核线影像.利用相关系数和最小二乘匹配,在鱼眼相机核线影像上实现特征点的亚像素级匹配.通过前方交会计算探测点的三维坐标,并结合探测点邻域点坐标拟合最佳空间平面,获取平面的法向量,即机械臂探测点的定位.采用该方法对仿真图像进行了定位计算,并将计算值与仿真真值进行比较,总误差约为2 mm.实验结果表明,该方法完全能够满足嫦娥三号月球车机械臂探测的定位精度.     

基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划

为了提高移动机器人在复杂静态环境下快速、精确地实现避障路径规划的能力，在蚁群算法的基础上进行改进，采用最优一最差蚂蚁系统，并且引入最差路径信息素自适应参数以更好地寻找全局最优解。搜索过程中引入起点终点引导函数，优先搜索距离起点远而距终点近的节点。为提高算法的实用性，运用几何方法对路径进行修正处理。从而实现了机器人的快速、精确路径规划。通过计算机仿真研究表明：该算法具有较强的实用性，能明显改善路径规划性能，并且算法简单有效。     

具有环境适应能力的蛇形机器人仿生控制方法

基于生物学原理,本文构建了一种能够产生蛇形机器人多种仿生步态的多模态中枢模式发生器模型.该模型通过外部激励的引入,可以实现蛇形机器人运动形式的自由调整和转换,有助于提高蛇形机器人的环境适应能力.文中主要针对任意节数的多模态中枢模式发生器模型的稳定性进行了证明;分析了多模态中枢模式发生器模型参数对系统输出的影响;研究了蜿蜒运动中环境参数与蛇形机器人关节最优幅值的对应关系,从而确定了多模态中枢模式发生器幅值优化调整策略;并通过建立外部激励与模型参数之间的约束,使得蛇形机器人在多模态中枢模式发生器控制下具有三维运动能力以及相应的环境适应能力.最后,利用蛇形机器人平台验证了仿生控制方法的有效性以及与生物蛇步态的相似性.     

基于粒子群寻优机制的图像分割方法

利用粒子群优化（eso）算法全局寻优、快速收敛的特点，结合模糊C-均值（FCM）图像分割算法提出一种新算法，用PSO算法代替了FCM算法的基于梯度下降的迭代过程，使算法具有很强的全局搜索能力，很大程度上避免了FCM算法易陷入局部极小的缺陷；同时也降低了FCM算法对初始值的敏感度。实验结果表明，与FCM相比该算法聚类更准确，效率更高，具有较高的分割速度和良好的抑制噪声的能力。     

基于DWT和DCT数字图像鲁棒水印算法

基于离散小波变换和离散余弦变换,利用混沌系统的优良特性,提出一种新的变换域水印算法.水印嵌入时,首先将宿主图像进行小波变换后选取中频区域,再进行DCT变换,根据水印图像大小进行分块嵌入水印算法在保证不可见性的前提下,最大程度的保证了水印算法的鲁棒性.仿真实验表明,算法在多种攻击下表现出良好的鲁棒性,具有一定的实用意义.     

MIMO-OFDM系统中基于变分Bayes EM算法的联合符号检测与鲁棒Kalman信道跟踪

基于变分Bayes期望最大化VBEM(variational Bsayes expectation maximization)算法和Turbo原理,提出了快时变信道条件下MIMO-OFDM系统中的联合符号检测与信道估计算法.在VBEM框架下,信号检测和信道估计分别由修正的列表球形译码算法和软输入Kalman算法完成,检测器和估计器分别考虑了信道和检测信号的估计误差协方差矩阵.当信道时变剧烈时,存在较大检测误差的数据在软输入Kalman算法中引入异常值(outliers),由于Kalman算法对于异常值的敏感性,系统会在错误传播的影响下出现误码平台.为削弱异常值的影响,利用鲁棒统计理论设计了VBEM框架下改进的鲁棒软输入Kalman算法,该算法能在出现异常值的条件下保持较好的信道跟踪能力.仿真结果表明:在快速时变多径信道条件下,文中设计的鲁棒VBEM算法优于传统的VBEM算法和EM算法.