多标志齐次变换的增强现实技术与虚拟教育应用

增强现实可实现真实场景与计算机虚拟信息的融合．研究了基于标志的增强现实技术,采用齐次变换实现基于标志的增强现实三维注册关键技术,改进了坐标齐次变换支持多标志识别,可同时对多个三维虚拟模型进行平移、旋转、缩放的刚体变换,实现虚拟物体的全方位操作．以古生物魔法书作为实例,展现了增强现实技术在教学中的应用优势,探讨了其在教育中的应用方式、条件需求和关键技术,实例结果显示增强现实进入教学领域可行性．      

图像和惯性传感器相结合的摄像机定位和物体三维位置估计

为解决无人驾驶中车辆定位与周围场景中物体三维位置估计,采用卷积神经网络(CNN)检测图像中的物体,用扩展卡尔曼滤波(EKF)方法融合惯性传感器测量得到的加速度和角速度,同时估计摄像机位置和物理世界中物体三维位置.图像结合惯性传感器(IMU)信息,克服了单目摄像机估计得到的摄像机位置和物体三维位置的尺度不确定性;结合卷积神经网络检测物体提高特征点匹配准确度,实现对物体在三维世界中的位置通用的估计.在实验部分用Matlab分别模拟仿真场景和现实场景的数据库KITTI,有效估计摄像机运动和场景中物体三维位置估计.     

柔性物体实时可视化仿真

柔性物体形状的变化通常很复杂,如何实现柔性物体形状的实时更新是一个难点,以随风飘扬的旗子为 例,给出了一种联合使用粒子系统和弹簧结构实时构造柔性物体的方法,为了提高场景渲染速度,又提出了一种快 速计算顶点法线的简化算法,还介绍了柔性物体实时可视化仿真所涉及到的关键技术。     

柔性物体实时可视化仿真

柔性物体形状的变化通常很复杂。如何实现柔性物体形状的实时更新是一个难点，以随风飘扬的旗子为例，给出了一种联合使用粒子系统和弹簧结构实时构造柔性物体的方法，为了提高场景渲染速度，又提出了一种快速计算顶点法线的简化算法，还介绍了柔性物体实时可视化仿真所涉及到的关键技术。     

面向自然特征的增强现实中高精度目标跟踪注册研究

增强现实技术已经在医疗、军事、教育、建筑、娱乐等多个领域得到了广泛应用,为了实现虚拟世界信息与真实世界信息的无缝叠加,要求虚拟场景信息与真实环境信息利用跟踪注册技术在三维空间位置中进行配准,通过研究3种坐标系的变换,使用单应性估计完成虚拟物体的三维注册,实验效果良好.     

基于视频处理的机场跑道入侵检测模型的设计与实现

跑道入侵是威胁民用航空安全的重要因素,有效的跑道入侵监测告警技术能够提高机场道面区域的安全。借鉴计算机图像处理方法,利用运动物体检测算法检测出视频图像上的运动物体,并引入航空器轮廓特征匹配,校验运动物体是否符合航空器轮廓特征,使检测结果更适用于机场区域。模型还分析了实时视频图像坐标和机场道面俯视坐标的对应关系,构建了坐标间投影模型,将运动物体位置投影至机场道面俯视图中。为了验证模型有效性,利用虚拟塔台视景技术对进行仿真实验。仿真结果表明:模型能够根据实时视频图像检测出道面运动物体,并能提供相应的俯视机场道面图和跑道、滑行道上运动物体位置,并给出跑道入侵告警,可为机场塔台管制人员提供辅助决策依据。     

赫尔默特相似变换在煤矿坐标转换中的应用

赫尔默特相似变换常用于进行2种坐标系间的平面坐标转换,转换模型中包括4个参数,分别用于表示2种坐标系间的平移、旋转和尺度缩放.在具体模型解算时,控制点的数量和空间位置分布对所建模型转换精度会有一定影响.如何定量评价具体影响规律,以便指导实际工作,进而合理选择控制点来建立转换模型,具有实际研究价值.结合具体实例,根据某煤矿实测的若干地面和井下控制点坐标信息,通过数学仿真计算,对建模控制点分布均匀、分布不均匀、建模控制点中有个别点存在较大点位误差等情况进行了系统试验,通过计算所建模型的纵横坐标残差中误差和对未参与建模点的预报偏差中误差,详细探讨了控制点数量和空间分布等因素对所建模型转换精度的影响规律,所得结果对实际工作具有指导意义.     

带形状参数的三阶三角Bézier多项式曲线

分析讨论两类三阶三角Bézier多项式基函数的构造方法和基本性质,给出两类三阶三角Bézier多项式曲线的定义.利用含调节参数的控制点的变换构造带四个形状参数的三阶三角Bézier多项式曲线并且研究该曲线与两类三阶三角Bézier多项式曲线的关系.这种曲线实质上是根据已知的四个控制点的位置生成6个带有调节参数的新的控制点,利用参数的调节来改变控制点的位置从而达到影响曲线的形状的目的.     

带形状参数的三阶三角Bézier多项式曲线

分析讨论两类三阶三角Bézier多项式基函数的构造方法和基本性质,给出两类三阶三角Bézier多项式曲线的定义.利用含调节参数的控制点的变换构造带四个形状参数的三阶三角Bézier多项式曲线并且研究该曲线与两类三阶三角Bézier多项式曲线的关系.这种曲线实质上是根据已知的四个控制点的位置生成6个带有调节参数的新的控制点,利用参数的调节来改变控制点的位置从而达到影响曲线的形状的目的.     

一种适合漫反射表面从明暗恢复形状的快速算法

针对使用朗伯反射模型描述漫反射表面的形状恢复算法存在较大误差的问题,提出了一种基于Oren-Nayar反射模型的从明暗恢复形状的快速算法(FSFS-ON).首先假定摄像机采用正交投影,其方向与光源方向一致,建立适合漫反射表面的图像辐照度方程,然后将该方程转化为包含物体深度信息的Eikonal偏微分方程,使用单调迎风Godunov Hamiltonian函数和fast marching方法逼近该微分方程的黏性解,进而得到物体表面的三维形状.合成花瓶图像的实验结果表明:与同类算法相比,FSFS-ON算法所需的CPU运行时间有较大幅度的减少;与基于朗伯反射模型的算法相比,FSFS-ON算法恢复三维形状高度的均方根误差降低了35.04%.     

基于板梁扭转振动控制阻尼的压电片拓扑形状设计

针对悬臂板扭转振动主动控制问题,研究了以扭转阻尼为目标的PZT压电片拓扑形状优化技术,给出了反馈控制阻尼系数及其灵敏度计算公式,并采用渐进结构优化设计思想对压电片的拓扑形状进行了优化设计.仿真和分析结果证明了压电片拓扑形状优化设计对抑制扭转振动的有效性.     

用Kinect定位平面上单一圆柱型物体

通过Kinect设备获取物体所在场景的3D点云图像,再用积分图像计算场景中点云的法向量,根据法向量Y方向分量与XOZ平面所成角度的正切阚值滤除放置物体的平面,同时利用坐标输出阏值的设定滤除其它背景点和噪点。随机采取物体点云图中任意法向量不同的两点,根据它们的法向量和坐标,用异面直线公垂线的计算方法得到圆柱体的中心轴。再用点到空间直线的距离公式计算圆柱型物体的半径。最后通过计算物体点云X,Y,Z方向坐标的取值范围,实现对物体的定位。使用采集的场景点云图对算法结构进行测试,结果表明,算法结构可以可靠提取放置物体的平面和平面上的圆柱形物体,可以为机器人抓取提供准确数据信息。     

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计方法、双目立体视觉系统标定和双目视觉系统校准技术,构建了三维场景中目标的空间坐标与图像中点像素坐标的对应方法.通过双目立体视觉系统采集目标图像,采用基于半全局立体匹配(SGBM)方法,实现了目标中心点三维坐标的计算,并通过背景差分的手段获得目标轮廓,获取目标在水平面的旋转角度,配合焦点所处的坐标位置标示,即可提取目标姿态信息.采用以上方法对电力仪表的姿态进行估计和验证,结果表明:设计的方法可以完成电力仪表的空间坐标计算以及姿态估计,可实现对电力仪表的准确抓取,为机器人在电力系统人工智能领域的应用提供参考.     

基于梯度投影的视频跟踪算法

为实现复杂场景内目标的准确捕获与跟踪, 结合目标特征, 提出基于梯度投影的视频跟踪算法。根据目标先验知识, 对视频流开窗并进行梯度投影, 获取目标区域的位置信息; 通过特征提取和形态学分析提取目标特征参数, 实现目标判定与捕获; 利用目标质心坐标更新跟踪窗位置信息, 实现对目标的跟踪。实验结果表明, 该算法降低了运算量, 实时性强, 实现了对目标的准确、 稳定的跟踪, 对实验场景中的光照变化和疑似目标的干扰具有很强的鲁棒性。     

一种基于自然特征点的增强现实注册方法

介绍了一种基于自然特征点的增强现实注册方法．根据计算机视觉的理论,在透视变换的情况下,一个景物平面与一个图像平面之间的变换是平面投影变换．通过这个原理就可以推导出投影矩阵在满足一定条件下可由单应矩阵得到．根据这个原理,首先通过一个景物平面和图像之间的单应得到初始状态相机的投影矩阵,然后对后面每帧图像和前一帧进行自然特征点匹配,通过匹配点对计算出图像之间以及图像与景物平面的单应关系,由此就可以得到每一帧图像对应的相机的投影矩阵,从而完成虚拟物体的注册．     

一种归一化的单应矩阵直接线性估计方法

基于少量信息的几何变换（单应）估计是特征目标检测、注册、识别、三维重建等方面的关键步骤。在研究中发现,基于点与直线的直接的单应矩阵估计方法会导致出现较大误差的情况。针对这一情况介绍了一种基于点与直线对应的单应矩阵估计方法,在此基础之上根据观测数据分布情况,提出了怎样进行归一化处理,来提高算法的鲁棒性。     

基于控制工程方法的教学管理系统性建设思考

提出用控制工程方法指导教学管理。高校在进行教学管理、专业和课程设置的改革时。首先应合理定位新形势下的阶段办学目标;其次要认真总结自己的办学经验,尤其要重视从教学、实践环节提取反馈信息,结合调研取经,制定专业发展方向和教学计划,走稳步发展、特色办学之路。同时注意构建教学管理闭环反馈系统,为实时调控提供动态模型,并为周期性、阶段性教学改革打下基础。     

一种仿生机械臂空间位置反馈方法的研究

为了解决仿生机械臂空间位置反馈的问题,将眼电图作为神经反馈,应用于仿生机械臂空间位置反馈系统,通过多角度目标点重复扫视实验,分析眼球转动角度与对应眼电信号特征之间的映射规律,建立了人眼双目视觉定位模型.采用四元数法构建人眼、仿生机械臂坐标转换模型,并通过自行设计的物理实验平台进行坐标转换参数标定、计算旋转矩阵和平移向量,根据参数化定位模型将提取到的目标点转换为机械臂坐标系位置信息,从而实现了空间定位.研究结果表明,人眼双目视觉的定位模型可以有效地提取目标点坐标,为仿生机械臂提供空间位置反馈,同时也为仿生机械臂空间位置反馈提供了新思路.     

基于视觉测量障碍位置的车载摄像机标定

障碍位置的视觉测量是车辆辅助驾驶系统研究的一个重要领域,而视觉测量的关键是对车载摄像机的标定。通过比较分析视觉测量中摄像机光轴中心线与景物面之间的几何关系,针对车载摄像机提出了以标定点在图像上均匀分布成网格状进行标定,利用网格插值建立图像坐标和实际坐标之间的映射关系,即车载摄像机的标定模型。经验证该模型简单、精度高,能够有效地测量出障碍的位置信息,适用于车载摄像机的标定。     

基于空中爆炸冲击波的动态爆心定位方法研究

为解决空中动态爆炸爆心位置难以测定的问题,研究一种基于冲击波超压测试结果的爆心坐标五区定位方法.将数字压力记录仪在爆炸区域组成测试方阵,根据测点距预估爆心距离将所有测点划分到5个区域.通过在每个区域选取一个测点共5个测点的方式得到多组测点,以每组测点的相对坐标和冲击波超压值为原始数据,基于空中静态爆炸自由场冲击波传播规律、动态爆炸冲击波超压工程计算公式、壁面反射规律等建立函数方程组.借助Matlab软件和莱文-马夸特方法迭代求得多组爆心坐标,通过格拉布斯法剔除异常数据,将剩余数据求平均值得到最终的爆心3维坐标.结合实爆试验,将计算结果与监测结果进行对比,结果表明该方法求解爆心坐标是可靠有效的.