导弹测试系统的视景仿真及方法研究

随着现代武器装备的不断更新，武器系统的可测试性成为保证系统实际性能指标的重要手段。本文简述了新一代某精确制导导弹测试系统的视景仿真的设计与实现。在测试系统中，引入了新一代的分布式交互仿真技术－高级体系结构（HLA）、虚拟现实技术和视景生成技术，逼真的显示虚拟战场、作战过程。视景模拟可分为视景建模、视景渲染和视景生成三部分，借助于专门的图形处理技术和灵活有效的视景驱动，既增加了视景的逼真度，又确保了系统运行的实时性；共享的虚拟试验场包括山地、沙漠、大海等多个背景及坦克、飞机、军舰等多种动、静态武器装备模型；光照、雾、火光、碎片等各种特殊效果的实现，丰富了试验场的连续性和真实感；为测试系统作了部分的技术方法研究，包括海浪建模、特殊效果模型、地形匹配、碰撞检测；提供多个目标运动模型，可为任意或预定运动；根据导弹飞行姿态及速度来模拟环境场景及目标物，并根据控制操作的要求对场景和目标物进行缩放、漫游、旋转和三维形态变换；为进一步的数据采集和分析，能够记录并回放多个历史记录；制定了数据调度策略，在不牺牲真实性的情况下，保证了系统运行的实时性，解决了系统的一大难点。基于分布式虚拟现实技术的视景仿真能够为导弹系统的可测试性提供了更高的可信度，必将使导弹性能迈上一个新台阶，同时能为多种武器提供测试和训练。

基于线性不变矩和角度向量的立体匹配算法

针对室内场景双目立体匹配有别于一般场景立体匹配的特殊性,提出了一种计算简便、准确度高的立体图像匹配算法。该算法首先利用canny算子检测物体的边缘,根据边缘的线性不变矩寻找出目标物体,然后提取出目标物体轮廓的特征点,利用角度直方图计算出左右图像的旋转角度,最后利用角度向量实现左右图像的对应像素点的匹配。线性不变矩有效地将计算复杂度由二维降低到一维,大大降低了计算量。角度向量的提出降低了特征点匹配的复杂度,而且计算简便,准确率高。实验表明,该算法对图像的缩放、旋转、平移均免疫,具有较高的识别精度和良好的抗干扰性,计算效率高于传统方法,有着较高的应用价值。

虚拟现实水下机器人仿真系统

本文采用VR技术,模拟真实情况建立了一个水下机器人仿真系统。该系统使用与真实系统相同的控制器和输入设备,提供操作员训练、人—机智能控制仿真、机器人轨迹规划仿真等功能,仿真数据能够引导真实机器人运动。文中以仿真实例说明了系统的有效性。

立体视觉中误匹配滤波方法的研究

从二维空间和三维空间2种角度研究误匹配滤波算法,提出在匹配前用于降低误匹配的灰度预处理算法和一种基于真实控制点的视差滤波算法。前者只针对2幅图像的重叠区域进行灰度均衡,可以减少计算量,后者在传统视差均值滤波的基础上可进一步提高误匹配的滤波效率。基于真实图像的实验结果表明,新算法可以有效滤除误匹配,提高三维重建精度,保证重建效果。

基于外极线分区的动态立体匹配算法

基于区域的立体匹配算法仅针对支撑窗内的灰度信息定义匹配代价函数,导致在弱(无)纹理区域采用WTA优化出现歧义性。该文在外极线分区的基础上,改用区域作为匹配基元,针对歧义性区域,在代价函数中引入遮挡项和平滑项,并按照区域优先级的高低,动态匹配相应区域,获得可靠的视差信息。实验证明,该算法在保持实时性的同时对弱纹理区域处理具有有效性。

基于立体视觉的移动机器人楼梯识别

本文提出了一种结构化环境下,基于立体视觉的机器人楼梯识别算法,并将算法该应到自主移动机器人上。该算法首先利用二维图像分析的方法搜索楼梯的疑似区域;进而利用立体视觉对各个疑似区域进行精确三维重建,结合三维信息重构楼梯平面,排除虚假疑似楼梯区域;最后判定机器人和楼梯的相对位姿关系,引导机器人爬楼梯。最终我们将该算法应用到了自主移动机器人上,通过在各种光照条件下的实验,进一步验证了该算法的准确性和快速性。

基于视觉伺服的输电线巡检机器人抓线控制

巡检机器人在越障时,需要完成机器人手臂的准确抓线控制.结合输电线的几何特征和摄像机成像原理,提出了一种基于单摄像机的立体视觉方法来确定输电线的位置和姿态.基于该定位方法及视觉伺服理论,建立机械手抓线伺服控制模型.利用自行研制的巡检机器人进行了视觉伺服抓线实验;实验结果验证了该方法的有效性.

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC++构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。

MWCNT操作的动力学运动学建模研究

为实现MWCNT操作运动过程的视觉显示,本文建立了MWCNT的动力学模型,据此可推导出推动MWCNT所需施加力的大小,并根据探针的实际受力判断其能否运动;同时还建立了MWCNT的运动学模型,根据探针的实际位置可获得探针操作下MWCNT的新位置与姿态,并借助虚拟现实技术对视觉界面进行实时更新,实现了MWCNT运动过程的实时视觉显示。基于上述视觉显示,操作者可在线控制探针的作用位置与运动轨迹、以及施加在探针上作用力的大小与方向,实现对MWCNT操作过程及结果的在线控制。MWCNT的操作实验初步验证了该模型的有效性。

一种立体视觉系统高精度标定方法

本文介绍使用广角镜头成像的立体视觉系统的高精度标定方法,该方法利用平面单应矩阵约束估计像机内外参数的初值,优化过程中将三维重投影误差作为评价函数,结合遗传算法完成寻优过程,以保证估计出的像机参数是全局最优,避免陷入局部极小。实验结果表明:该方法的空间定位精度与传统方法相比有很大程度的提高。

目标位姿测量中的三维视觉方法

要测量出一组特征点分别在两个空间坐标系下的坐标 ,就可以求解两个空间目标间的位姿关系 .实现上述目标位姿测量方法的前提条件是要保证该组特征点在不同坐标系下 ,其位置关系相同 ,但计算误差的存在却破坏了这种固定的位置关系 .为此 ,提出了两种基于模型的三维视觉方法——基于模型的单目视觉和基于模型的双目视觉 ,前者从视觉计算的物理意义入手 ,通过简单的约束迭代求解实现模型约束 ;后者则将简单的约束最小二乘法和基于模型的单目视觉方法融合在一起来实现模型约束 .引入模型约束后 ,单目视觉方法可以达到很高的测量精度 .而基于模型的双目视觉较传统的无模型立体视觉方法位移精度提高有限 ,但姿态精度提高很多

基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统

描述了一种基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统。该系统采用双目立体视觉完成环境特征的 3D信息提取 ,实时计算出机器人相对作业目标的位姿 (6D)关系 ,导引移动机器人控制系统按目标导向进行运动。系统在相对位姿计算中采用旋动(Screw)理论 ,将带约束的多变量函数的非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题 ,简化了计算复杂性。实验表明 ,这个导航定位系统在定位精度和数据处理速度上均可满足机器人导航的要求。

基于立体视觉的室外非结构化环境障碍物检测方法研究

随着智能机器人系统的发展，机器人的在线感知能力日益受到重视。障碍物检测能力是机器人在线感知能力的一个重要组成部分。因视觉传感器具有独特优势，基于视觉的障碍物检测方法成为目前关注的重点。 室外非结构化环境因结构复杂，机器人缺乏可有效利用的先验知识描述，导致众多障碍物检测系统在该环境中不能有效工作。本文采用全局-局部策略对场景进行由粗到精的分析，弥补室外非结构化环境先验知识不足的难题，提高机器人的在线感知能力。根据该策略，本文在基于视差图的障碍物检测系统框架中，引入视差投影图模块，提出了基于视差投影图的障碍物检测系统框架。该框架在视差投影图模块中全局分析场景视差分布水平，在立体匹配模块中局部分析场景前景目标的几何轮廓信息。依据该框架，针对实际应用中遇到的各种问题，提出了工作于室外非结构化环境的障碍物检测算法。该算法具有如下特点： 1、通过分析视差投影图的地面关联线信息，获得场景的视差分布水平。该信息一方面用来动态更改匹配算法的视差搜索范围，增强算法的实时性和鲁棒性；另一方面用来移除背景地表，简化障碍物分割过程； 2、采用双域滤波抑制噪声，获得清晰的边缘特征，降低立体匹配算法在深度不连续性区域的匹配难度； 3、借助逆向重投影的思想重采样扫描图像，在立体匹配前等效地实现了立体匹配过程中动态变更视差搜索范围的操作； 4、采用基于连通成分的扩散方法替代传统的SAD局部匹配算法，获得高质量的视差图，最终改善障碍物检测的精确性。 在室外非结构化环境中，本文对该算法进行了实验验证。通过设置不同的基线长度，验证了算法在不同的感知距离内的有效性。经实验证明，本算法在一定距离范围内能够有效的检测出障碍物。

基于Vega Prime的多水下机器人视景仿真系统的设计与实现

介绍了一套多水下机器人三维视景仿真系统。该系统采用虚拟现实技术，利用虚拟仿真软件VegaPrime 与Visual C++.NET 2003 混合编程实现三维视景仿真。它主要用于海洋环境的模拟和多水下机器人运行时的位姿更新、碰撞检测、环境效果及各种特效的实时显示。此外，它还具有响应各种输入/输出设备的功能和通过人性化图形界面接口与用户进行交互的功能。

基于模型的立体视觉的优化方法

针对 3D视觉检测中最典型的误差源图像中像素的量化误差 ,在已知模型的条件下 ,对双目立体视觉提出一种模型。利用该优化模型及改进的约束最小二乘法对未知模型的立体视觉解法做一些改进 ,可以明显减小系统的误差。仿真结果表明 ,与未知模型的立体视觉方法相比 ,在同样的量化误差条件下 ,该方法可将系统误差减小 50 %以上。