基于点对特征的无序散乱堆叠工件位姿估计算法

针对无序分拣场景中物体相互堆叠遮挡导致的位姿估计误差大的问题,本文提出了一种基于点对特征(point pair feature, PPF)的杂乱堆叠工件位姿估计算法。离线训练阶段,使用更优的点云降采样方案和更为细致的点云法线计算方式,以保留更多具有区分性的点对,实现模型更为精确的全局描述;在线匹配阶段,通过快速投票方案获得杂乱堆叠场景中目标的候选位姿,并提出了一种基于体素索引和位姿交并比的聚类策略完成位姿聚类和误匹配位姿的剔除,实现目标位姿的粗估计,最后采用ICP (iterative closest points)算法完成目标位姿的优化,获得目标的精确的6D位姿。分别进行了仿真场景实验和机械臂分拣实验,结果表明,提出的算法在杂乱场景中对3种类型工件的平均识别率为98.4%,单个工件识别时间均小于0.86s,且位姿估计精度较原始PPF算法有明显提升;在实际分拣实验中识别成功率达96.7%,分拣成功率达95.3%,验证了算法在实际应用中对于噪声和杂乱遮挡的鲁棒性较强。     

基于卷积神经网络的三维物体检测方法

提出了一种新的三维物体检测方法.在物体定位部分,采用随机采样一致和欧式聚类算法分割三维物体点云以减少计算量;在物体识别部分,将物体点云转化为深度图像,利用k-Means聚类算法学习卷积核,利用卷积网络提取卷积特征,从而提高图像的识别率,并在2个公开的三维物体数据集上对所提出的特征提取算法进行测试.结果表明,与传统的点云特征提取方法相比,基于卷积网络的特征提取方法的识别率较高.     

基于不变角度轮廓线的三维目标识别

三维物体的快速准确识别是研究的热点.根据局部特征变换的特点,提出了不变角度轮廓线的识别方法.算法通过点云矢量特征对物体进行局部分割,利用欧式距离、测地距离以及角度三个变量,建立其不变角度轮廓特征描述,进一步提取不变矩特征,构建特征向量数据库集.被识别物体的特征描述和数据库中特征进行夹角余弦匹配,可完成物体的识别.通过识别实验以及识别算法性能分析,结果表明算法具有较高的识别率和识别效率,可以用于复杂点云物体识别.     

基于关键点的点对特征三维目标识别算法

针对复杂场景下的三维点云目标识别速度慢,准确率低的问题,提出了一种基于关键点的点对特征三维目标识别算法. 通过直接对关键点建立点对特征,避免了周围邻域局部曲面的特征计算,具有空间维度小和计算速度快的特点. 使用哈希表存储,加快了特征匹配的时间. 利用快速投票方案对模型点云和场景点云进行匹配识别,生成候选位姿,利用贪婪算法对候选位姿进行聚类与筛选,采用ICP算法对物体位姿进行优化,基于配准后的点云重叠情况完成目标识别. 对提出的算法在多个数据集以及真实场景下进行了实验,验证了所提出的识别方法具有可行性和有效性,且对噪声的鲁棒性较强,具有一定的实际工程应用价值.      

基于2D先验的3D目标判定算法

提出一种基于2D先验的3D目标判定算法.首先用轻量级MobileNet网络替换经典SSD的VGG-16网络，构建出MobileNet-SSD目标检测模型；其次，通过改进网络结构，提高模型对小目标的检测能力，并引入Focal Loss函数来解决正负样本不均衡和易分样本占比较高的问题；在相同数据集上，将改进算法与Faster R-CNN、 YOLOv3及MobileNet-SSD进行对比测试，其平均精度mAP分别提高了7.2%、 8.8%和10.6%;最后，通过改进算法获取ROI,利用深度相机将二维ROI转换为ROI点云，并借助直通滤波来判断目标物体是否为真实场景物体，既省去了传统点云识别中的诸多步骤又避免了点云深度学习中三维数据集制作难度较大的问题，在识别速度和识别精度上达到了较好的平衡.     

基于点对特征和局部参考系的六维位姿估计算法

针对大量物件分拣工作中单目视觉无法精确估计目标位姿从而无法完成随机堆叠工件分拣的问题,以点对特征为基础,提出了基于点云的目标识别和位姿估计算法的改进算法.模型训练阶段,使用改进的下采样方法,保留更多有区分性的点对,构建局部参考系作为补充特征;在线匹配阶段,以距离作为投票权重,并利用匹配点对的局部参考系相似度验证候选位姿;最后通过模型与场景的重叠率筛选未遮挡的多实例目标作为可抓取目标候选.结果表明:在方差为3%,5%倍模型尺寸的高斯噪声下,目标识别率分别可达97%,78%;所有试验的识别耗时均在1 s以内,满足实际需求.     

一种结合颜色纹理直方图的改进型Camshift目标跟踪算法

针对背景中存在颜色相近目标或目标被遮挡时Camshift算法跟踪失败的问题,提出了一种改进的Camshift目标跟踪算法。首先,改进算法模型直方图的计算选用颜色和纹理相融合的直方图概率分布,解决了Camshift算法只使用单一的颜色模型、很难适应物体大范围运动造成的背景变化或遮挡的不足;其次,图像权值采用目标模型与目标候选模型特征概率之比的平方根来计算,并用权值进一步估计目标的位置和方向,克服了原始Camshift算法中图像权值仅依靠目标模型计算的不足,大大减少了背景特征对跟踪的影响;最后,利用粒子滤波对运动目标状态进行估计,以克服目标运动引起的遮挡、交错或重叠,进而提高目标位置跟踪精度。实验结果表明,改进算法的平均每帧成功率达到50%以上,平均中心位置误差低于20%。改进算法能有效改善目标跟踪性能,从而实现目标跟踪的有效性、准确性。     

基于目标检测的室内动态场景同步定位与建图

为了提高室内动态场景下定位与建图的准确性与实时性,提出了一种基于目标检测的室内动态场景同步定位与建图（simultaneous localization and mapping, SLAM）系统。利用目标检测的实时性,在传统ORB＿SLAM2算法上结合YOLOv5目标检测网络识别相机图像中的动态物体,生成动态识别框,根据动态特征点判别方法只将识别框内动态物体上的ORB特征点去除,利用剩余特征点进行相机位姿的估计,最后建立只含静态物体的稠密点云地图与八叉树地图。同时在机器人操作系统（robot operating system, ROS）下进行仿真,采用套接字（Socket）通信方式代替ROS中话题通信方式,将ORB＿SLAM2算法与YOLOv5目标检测网络相结合,以提高定位与建图的实时性。在TUM数据集上进行多次实验结果表明,与ORB＿SLAM2系统相比,本文系统相机位姿精确度大幅度提高,并且提高了每帧跟踪的处理速度。     

基于多特征和尺度估计的核相关滤波跟踪算法

针对传统核相关滤波器跟踪方法(KCF)在尺度估计不足和抗遮挡性低等问题上,本文提出了一种把梯度直方图和颜色直方图相结合,并利用尺度估计策略提升跟踪框适应性的核相关滤波跟踪算法.该方法首先通过建立核岭回归模型,使用二维核化相关位置滤波器,融合方向梯度直方图(HOG)特征和颜色直方图(CN)特征,采取根据响应大小的方式加权融合跟踪坐标,精确确定目标的中心位置;然后,利用滤波响应的峰值旁瓣比的高低来判定是否发生遮挡,当特征响应的旁瓣比低于设定的阈值时,暂停更新滤波模板;最后,利用光流法计算出视频帧间关键角点的位移来估计被跟踪目标的形变比例和尺寸,同时结合尺度集合进行跟踪框缩放.通过理论分析和在跟踪基准数据库OTB-2013中的50组视频序列进行仿真实验,对比了当下主流的相关滤波跟踪算法,在保证实时性的同时,较原核相关滤波算法跟踪的精度提升了14.5%,成功率提高了9.2%,并且在复杂场景下具备较强的抗遮挡性和鲁棒性.     

基于非同质性特征和样条模型的道路识别算法

为了解决道路图像中光照变化、阴影遮挡、噪声、道路边界或标志线不连续等因素导致道路识别方法鲁棒性较差的问题,提出基于图像非同质性特征和几何模型的道路识别算法.该方法将计算得到的图像局部方差与不连续性特征进行融合获得图像的非同质性特征,并利用比例直方图法得到的阈值自适应地对上述结果二值化,然后用鲁棒M估计器估计样条拟合的最优控制点,进而用3点Catmull Rom样条拟合道路边界.仿真实验表明,所提算法具有较好的鲁棒性和自适应性.实地测试结果表明:在存在有少量局部阴影和道路标志线断续的情况下,正确识别率可达到95%以上.     

基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别方法

托盘识别是无人驾驶工业车辆进行货物搬运的关键技术之一.针对现有托盘识别方法低效耗时、鲁棒性差、参数选择随意的缺点，提出了一种基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别方法.该方法使用Kinect V2传感器采集包含托盘的场景点云数据，点云经离群点剔除后，基于邻域特征熵函数最小准则获取每个点的最优邻域半径.提取点云关键点，计算关键点的颜色特征和自适应邻域快速点特征直方图，融合成自适应颜色快速点特征直方图，进行特征匹配与误匹配点对剔除，从而实现托盘识别.与固定邻域半径为0.012 m的快速点特征直方图对比，实验结果表明：基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别精度提高了83.74%,特征提取用时减少了35.55%,验证了方法的优越性.     

基于局部颜色直方图的SIFT算法研究

尺度不变特征变换(SIFT)算法是一种对旋转、尺度缩放和光照保持不变性的局部特征图像匹配算子,是公认的识别率最佳算法之一。而SIFT算法仅使用灰度信息,忽略颜色信息,当对彩色目标识别时,识别率降低。针对此问题,结合直方图保持良好的旋转、缩放、模糊不变性等特点,提出基于局部颜色直方图的SIFT特征描述算法(即CH-SIFT)。在SIFT算法关键点位置不仅生成梯度直方图特征描述,同时生成颜色直方图特征描述。在匹配时,首先使用梯度直方图特征描述对匹配对初次筛选,然后使用颜色直方图特征描述再次筛选,最后确定是否为满足条件的匹配对。实验对比表明,CH-SIFT算法具有识别率高和匹配时间短等优点,能够有效地实现彩色目标匹配。     

基于动态语义特征的视觉SLAM系统

针对视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)在真实场景下出现动态物体(如行人,车辆、动物)等影响算法定位和建图精确性的问题,基于ORB-SLAM3(Oriented FAST and Rotated BRIEF-Simultaneous Localization and Mapping 3)提出了YOLOv3-ORB-SLAM3算法。该算法在ORB-SLAM3的基础上增加了语义线程,采用动态和静态场景特征提取双线程机制：语义线程使用YOLOv3对场景中动态物体进行语义识别目标检测,同时对提取的动态区域特征点进行离群点剔除;跟踪线程通过ORB特征提取场景区域特征,结合语义信息获得静态场景特征送入后端,从而消除动态场景对系统的干扰,提升视觉SLAM算法定位精度。利用TUM(Technical University of Munich)数据集验证,结果表明YOLOv3-ORB-SLAM3算法在单目模式下动态序列相比ORB-SLAM3算法ATE(Average Treatment Effect)指标下降30%左右,RGB-D(Red, Gree...     

基于LTP和局部PCA的低分辨率人脸识别算法

针对单特征提取人脸识别算法识别率较低的问题,提出一种基于多特征融合的低分辨率人脸识别算法.首先,利用局部三值模式(local ternary pattern, LTP)和局部主成分分析(principal component analysis, PCA)提取低分辨率人脸特征,将其分割成若干块并统计各子块的特征直方图;其次,融合各子块的局部主成分分析和局部三值模式的直方图并级联各个分块,作为新的人脸特征;最后,通过卡方距离度量训练集和测试集直方图的相似度,采用最近邻算法识别相似度.实验结果表明,所提算法对环境和光照变化更具鲁棒性,识别率得到有效提升.     

基于点云协方差描述子的多机器人目标识别与编队跟踪

针对多移动机器人目标识别及编队跟踪问题,提出一种基于点云协方差描述子的目标识别方法及编队跟踪控制方法.为降低机器人端机载处理器负荷,基于Web Socket协议搭建网络架构.在此基础上,通过引入点云协方差描述子进行目标检测,并利用支持向量机完成离线建模.结合支持向量机分类器与Kullback-Leibler Divergence(KLD)-Sampling自适应粒子滤波算法,实现目标部分遮挡下的在线识别,得到目标点云跟踪位置信息.利用势场函数和有向刚性图论综合设计编队跟踪控制器,实现多机器人编队目标跟踪.最后通过实物平台进行实验,结果表明,所提出的基于点云协方差描述子的多机器人目标识别与编队跟踪算法,与传统方法相比,跟踪收敛时间缩短4,s,跟踪精度提高约2.5%,,通过搭载有限数量传感器,可以更有效地解决多机器人编队目标跟踪问题.     

一种改进的稀疏性算法在目标跟踪中的应用研究

在复杂场景下,目标物部分遮挡或光照变化会引起跟踪算法效率的降低,而全局模板在目标受到遮挡时不能较好地跟踪。本文结合粒子滤波与稀疏表达,提出一种改进的目标跟踪算法。通过提取目标特征集构造过完备模板集,对该模板集采用分块策略进行多尺度分块,从而提取目标的全局和局部特征直方图,对全局及局部特征直方图进行稀疏表达,并结合粒子滤波算法的粒子后验概率来描述当前目标状态,实现对目标的跟踪。仿真实验结果表明:和经典跟踪算法相比,该算法能够在遮挡环境下高鲁棒性对目标地进行跟踪。     

基于正态分布变换的多位姿手掌部三维静脉识别

研究基于三维点云匹配的多位姿手部静脉识别.考虑手部静脉点云的特点,结合双目视觉原理,建立了一种结合三维特征阵列和静脉点云的扩展数据库,提出了一种基于三维特征阵列的静脉点云粗配准算法.在双目静脉图像中提取稳定特征并重建为三维特征,根据三维特征匹配结果初步消除静脉点云位姿差异.并采用改进的正态分布变换算法完成静脉点云匹配.实验表明,本文算法能够有效提高多位姿下的静脉点云识别率,即使手部位姿变化范围较大时,系统的识别率仍超过90%.      

基于稀疏表达分类的人脸识别及算法对比研究

基于稀疏表达分类算法(SRC)实现了人脸识别,并与紧邻算法(NN)、支持向量机(SVM)、BP神经网络等传统识别算法进行了比较,SRC的识别率高于这些传统的识别方法.在主成分分析(PCA)等特征提取算法下,比较了稀疏表达中用于重构信号的基追踪算法和贪婪算法的识别率和识别时间.结果表明,l1_ls的识别精度较高,但识别速度慢;在对识别速度要求较高时,可通过同伦算法(Homotopy)求解.针对有遮挡人脸的识别实验表明,利用梯度投影稀疏重建算法(GPSR)可对遮挡人脸进行有效识别.     

基于计算机视觉技术和支持向量机的手势识别算法研究

针对现有的手势识别方法在复杂环境中识别效率不理想的情况，提出一种双通道卷积神经网络模型，该模型同时采用灰度世界算法和离散小波变换对输入数据进行预处理，减少照变化对图像的影响并提高识别效率和模型稳定性。然后通过高维特征融合模块将提取的图像信息进行融合，再利用帝国竞争算法对支持向量机分类器进行优化，提高分类效果。实验结果显示，在实验环境中，该模型的平均识别率达95%,收敛速度快，效率高。经过消融实验对比，性能比基准模型提高4%以上。在实际测试中，对于简单手势的识别率均在90%以上，对于复杂收手势的识别率在80%以上。     

复杂场景下基于特征点匹配的目标跟踪算法

提出一种在复杂场景及目标遮挡情况下,特别是目标外形、大小发生变化时的基于SURF的目标跟踪和在线目标模型更新算法。该算法利用SURF对尺度缩放、光照变化和旋转等具有较好鲁棒性的特点,首先提取跟踪目标的SURF特征点,以特征点及其邻域的R、G、B直方图表示目标;然后根据目标在连续的帧中相似性较大的特点,搜索当前帧中的目标最优匹配SURF特征点,由目标特征及目标模型计算其准确大小和位置,并根据变化了的目标状态更新目标模型。实验结果表明,该算法可准确地定位到目标。