A traffic surveillance system using dynamic saliency map and SVM boosting

This paper proposes a traffic surveillance system that can efficiently detect an interesting object and identify vehicles and pedestrians in real traffic situations. The proposed system consists of a moving object detection model and an object identification model. A dynamic saliency map is used for analyzing dynamics of the successive static saliency maps, and can localize an attention area in dynamic scenes to focus on a specific moving object for traffic surveillance purposes. The candidate local areas of a moving object are followed by a blob detection processing including binarization, morphological closing and labeling methods. For identifying a moving object class, the proposed system uses a hybrid of global and local information in each local area. Although the global feature analysis is a compact way to identify an object and provide a good accuracy for non-occluded objects, it is sensitive to image translation and occlusion. Therefore, a local feature analysis is also considered and combined with the global feature analysis. In order to construct an efficient classifier using the global and local features, this study proposes a novel classifier based on boosting of support vector machines. The proposed object identification model can identify a class of moving object and discard unexpected candidate area which does not include an interesting object. As a result, the proposed road surveillance system is able to detect a moving object and identify the class of the moving object. Experimental results show that the proposed traffic surveillance system can successfully detect specific moving objects.     

基于遮挡区域建模和目标运动估计的动态遮挡规避方法

对于运动视觉目标，如何对遮挡区域进行规避是视觉领域一个具有挑战性的问题.本文提出了一种新颖的基于运动视觉目标深度图像利用遮挡信息实现动态遮挡规避的方法.该方法主要利用遮挡区域最佳观测方位模型和视觉目标运动估计方程，通过合理规划摄像机的观测方位逐渐完成对遮挡区域的观测.主要贡献在于:1）提出了深度图像遮挡边界中关键点的概念，利用其构建关键线段对遮挡区域进行快速建模；2）基于关键线段和遮挡区域建模结果，提出了一种构建遮挡区域最佳观测方位模型的方法；3）提出一种混合曲率特征，通过计算深度图像对应的混合曲率矩阵，增加了图像匹配过程中提取特征点的数量，有利于准确估计视觉目标的运动.实验结果验证了所提方法的可行性和有效性.     

基于时间栅格法和免疫算法的机器人动态路径规划

提出了一种机器人动态路径规划方法。该方法首先采用时间栅格法采标识动态障碍物。建立机器人的环境信息,然后使用免疫算法实现在动态环境下机器人的全局和局部路径规划,达到避障和避碰的目的。文中定义了免疫算法的多因素适应度函数由碰撞系数、距离、转角和安全系数决定。实验表明所提方法可以提高路径规划的效率,满足机器人实时导航要求。     

基于三维成像声纳技术的AUV前视避障方法

针对自主式水下航行器（ AUV）在水下自主航行过程中的避障问题,提出了一种基于三维成像声纳技术的前视避障方法。该方法使用三维成像声纳探测目标,通过声纳目标图像处理提取目标,完成目标的运动状态分析和轨迹预测。通过设置碰撞区域,建立避障模型和设计避障规则,实现了AUV的智能化避障。借助于其他传感器,这些关联模块构成了一个集目标探测、目标提取、轨迹预测、避障与路线回归等功能于一体的闭环系统。     

Reactive navigation in dynamic environment using a multisensorpredictor

A reactive navigation system for an autonomous mobile robot in unstructured dynamic environments is presented. The motion of moving obstacles is estimated for robot motion planning and obstacle avoidance. A multisensor-based obstacle predictor is utilized to obtain obstacle-motion information. Sensory data from a CCD camera and multiple ultrasonic range finders are combined to predict obstacle positions at the next sampling instant. A neural network, which is trained off-line, provides the desired prediction on-line in real time. The predicted obstacle configuration is employed by the proposed virtual force based navigation method to prevent collision with moving obstacles. Simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed navigation system in an environment with multiple mobile robots or moving objects. This system was implemented and tested on an experimental mobile robot at our laboratory. Navigation results in real environment are presented and analyzed.     

基于全景视觉的移动机器人的运动目标检测

在动态背景下的运动目标检测中,由于目标和背景两者都是各自独立运动的,在提取前景运动目标时需要考虑由移动机器人自身运动引起的背景变化。仿射变换是一种广泛用于估计图像间背景变换的方法。然而,在移动机器人上使用全方位视觉传感器(ODVS)时,由于全方位图像的扭曲变形会 造成图像中背景运动不一致,无法通过单一的仿射变换描述全方位图像上的背景运动。将图像划分为网格窗口,然后对每个窗口分别进行仿射变换,从背景变换补偿帧差中得到运动目标的区域。最后,根据ODVS的成像特性,通过视觉方法解析出运动障碍物的距离和方位信息。实验结果表明,提出的方法能准确检测出移动机器人360°范围内的运动障碍物,并实现运动障碍物的精确定位,有效地提高了移动机器人的实时避障能力。     

复杂障碍空间中基于移动对象运动规律的不确定轨迹预测

现有移动对象的轨迹预测大部分是针对路网空间,然而在实际地理环境中往往存在障碍物,移动对象的运动基本在障碍空间中进行。近年来,已有较多关于路网空间中移动对象轨迹预测的研究以及障碍空间中障碍范围查询、最近邻查询等的研究,但是目前尚没有障碍空间中移动对象不确定轨迹预测的相关研究。为此,提出障碍空间中基于移动对象运动规律的不确定轨迹预测方法。首先,利用障碍物之间的区域关系对障碍空间进行剪枝;其次,提出障碍空间期望距离概念,对障碍空间的轨迹数据进行轨迹聚类,从而挖掘移动对象的热点区域;然后,根据各热点区域间的障碍距离和历史访问习惯得到转移的综合概率,提出基于移动对象运动规律的轨迹预测算法;最后,通过实验验证了算法的准确性和高效性。     

基于规则的移动机器人实时运动规划

研究移动机器人在动态环境中的导航与避障问题。为提高规划的实时性,提出了基于规则的规划方法,将多移动障碍环境机器人的运动规划分解为相对简单的单移动障碍运动规划,利用最优控制来实现单障碍的最优避障,并用智能搜索方法解决了移动机器人在多移动障碍环境中的实时运动规划问题。仿真实例表明了该方法的有效性。     

机器人二维环境下仿人虚拟力场避障研究

动态环境下避障是机器人实现自主运动的关键。首先建立了适合虚拟力场算法的机器人工作环境数学描述。将人避障行走策略引入虚拟力场中,具体包括：设计了单元格障碍物可信度的邻域平滑累积值计算方法,模拟人对移动障碍物的躲避策略;建立可信度的不确定推理计算方法,处理信号和环境存在干扰问题;设计了基于目标点方位角的吸引力计算公式来解决目标点超出感知空间问题;设计了变权重加权排斥力计算方法,使机器人对前进方向的障碍更敏感;借鉴人绕开障碍物策略,采用临时旋转目标点方向得到的虚拟目标点来使机器人沿障碍物运动直到绕开。针对房间和街面环境,在MobotSim平台上进行仿真实验,给出了实验结果和分析。在合理设置参数下,机器人能避开障碍物到达目标点,且避障路径优于传统的虚拟力场方法。结果验证了该方法的有效性。     

融合动态障碍物运动信息的路径规划算法

传统的路径规划算法只能在障碍物不发生位置变化的环境中计算最优路径。但是随着机器人在商场、医院、银行等动态环境下的普及,传统的路径规划算法容易与动态障碍物发生碰撞等危险。因此,关于随机动态障碍物条件下的机器人路径规划算法需要得到进一步改善。为了解决在动态环境下的机器人路径规划问题,提出了一种融合机器人与障碍物运动信息的改进动态窗口法来解决机器人在动态环境下的局部路径规划问题,并且与优化A*算法相结合来实现全局最优路径规划。主要内容体现为：在全局路径规划上,采用优化A*算法求解最优路径。在局部路径规划上,以动态障碍物的速度作为先验信息,通过对传统动态窗口法的评价函数进行扩展,实现机器人在动态环境下的自主智能避障。实验证明,该算法可以实现基于全局最优路径的实时动态避障,具体表现为可以在不干涉动态障碍物的条件下减少碰撞风险、做出智能避障且路径更加平滑、长度更短、行驶速度更快。     

动态环境中基于模糊概念的机器人路径搜索方法

本文提出一种基于模糊概念的动态环境模型,以及在此模型基础上的机器人路径搜 索方法．这种方法利用动态环境中物体的运动信息进行局部搜索．通过计算机模拟实验,证 明这种方法在移动障碍和移动目标的环境中能有效的实现机器人避碰和导航．     

异构多目标差分-动态窗口算法 及其在移动机器人中的应用

为了实现在多移动机器人和多窄通道的复杂动态环境中机器人的节能运动规划,提出异构多目标差分-动态窗口法(heterogeneous multi-objective differential evolution-dynamic window algorithm,HMODE-DWA).首先,建立行驶时间、执行器作用力和平滑度的3目标优化模型,设计具有碰撞约束的异构多目标差分进化算法来获得3个目标函数的最优解,进而在已知的静态环境中获得帕累托前沿,利用平均隶属度函数获得起点与终点间最优的全局路径;其次,定义基于环境缓冲区域的模糊动态窗口法使机器人完成动态复杂环境中避障,利用所提出的HMODE-DWA算法动态避障的同时实现节能规划.仿真和实验结果表明,所提出的混合路径规划控制策略能够有效降低移动机器人动态避障过程中的能耗.     

A mathematical model for computer image tracking

A mathematical model using an operator formulation for a moving object in a sequence of images is presented. Time-varying translation and rotation operators are derived to describe the motion. A variational estimation algorithm is developed to track the dynamic parameters of the operators. The occlusion problem is alleviated by using a predictive Kalman filter to keep the tracking on course during severe occlusion. The tracking algorithm (variational estimation in conjunction with Kalman filter) is implemented to track moving objects with occasional occlusion in computer-simulated binary images.     

基于群集行为的分布式多无人机编队动态避障控制

针对无人机编队保持和动态障碍物规避控制问题,本文提出了一种新的基于群集行为的分布式多无人机编队控制和避障控制算法.首先考虑了由机间气流等因素带来的干扰,基于吸引/排斥势场和一致性方法,设计了分布式无人机编队的队形保持控制算法,对编队内无人机之间的距离进行控制.进一步考虑外部移动障碍对无人机编队的影响,引入了排斥势场产生...     

Roadmap-based motion planning in dynamic environments

In this paper, a new method is presented for motion planning in dynamic environments, that is, finding a trajectory for a robot in a scene consisting of both static and dynamic, moving obstacles. We propose a practical algorithm based on a roadmap that is created for the static part of the scene. On this roadmap, an approximately time-optimal trajectory from a start to a goal configuration is computed, such that the robot does not collide with any moving obstacle. The trajectory is found by performing a two-level search for a shortest path. On the local level, trajectories on single edges of the roadmap are found using a depth-first search on an implicit grid in state-time space. On the global level, these local trajectories are coordinated using an A/sup */-search to find a global trajectory to the goal configuration. The approach is applicable to any robot type in configuration spaces with any dimension, and the motions of the dynamic obstacles are unconstrained, as long as they are known beforehand. The approach has been implemented for both free-flying and articulated robots in three-dimensional workspaces, and it has been applied to multirobot motion planning, as well. Experiments show that the method achieves interactive performance in complex environments.     

面向未知环境及动态障碍的人工势场路径规划算法

实际战场环境错综复杂,很多隐蔽、动态的障碍无法通过高空手段预先探测得知,因而对智能体执行任务的安全性产生威胁。针对未知且障碍形态多样的战场环境,以躲避动、静障碍,追踪目标为研究对象,提出一种面向未知环境及动态障碍的改进人工势场(Artificial Potential Field,APF)路径规划算法。在该算法中,智能体构建了以目标点为中心的引力势场,以及以障碍物为中心的斥力势场,在智能体行进路途中感知局部障碍及目标点的运动信息,并且将信息加入势场函数的计算中达到动态避障与追踪的效果;另一方面,引入距离因子及动态临时目标点来消除APF算法常见的无解问题——极小解情况及路径抖动现象。通过建立不同数量的随机障碍场景,进行多次仿真对比实验,结果表明:所提算法能够在未知环境中灵活躲避动态障碍并进行目标点的追踪,可以有效消除死解及路径抖动问题。将所提算法与传统APF算法及添加了动态避障机制的文献[19]所述算法进行对比实验,结果表明所提算法能成功化解两种对比算法路径规划失败的情况,顺利完成路径规划任务,且成功率在95%以上。     

基于深度强化学习的移动机器人动态路径规划算法

为了在复杂舞台环境下使用移动机器人实现物品搬运或者载人演出,提出了一种基于深度强化学习的动态路径规划算法。首先通过构建全局地图获取移动机器人周围的障碍物信息,将演员和舞台道具分别分类成动态障碍物和静态障碍物。然后建立局部地图,通过LSTM网络编码动态障碍物信息,使用社会注意力机制计算每个动态障碍物的重要性来实现更好的避障效果。通过构建新的奖励函数来实现对动静态障碍物的不同躲避情况。最后通过模仿学习和优先级经验回放技术来提高网络的收敛速度,从而实现在舞台复杂环境下的移动机器人的动态路径规划。实验结果表明,该网络的收敛速度明显提高,在不同障碍物环境下都能够表现出好的动态避障效果。     

抗遮挡的自适应运动目标跟踪方法

针对复杂场景中的目标遮挡问题,提出一种基于均值漂移(Mean shift)和轨迹校正的自适应目标跟踪方法.由于Mean shift迭代易陷入局部最优点,这里引入Kalman滤波器以预测和校正目标运动轨迹,并根据迭代轨迹误差校正协方差,使得跟踪器在多峰值非高斯分布的复杂环境下也能收敛到全局最优点.基于Bhattacharrya系数计算色彩x、y方向分量相似度,并根据邻帧分量相似度偏差自适应调整相似度融合权值.综合当前帧和前面帧作用更新目标运动状态、特征和尺度模型.实验结果表明提出的方法对于静态场景遮挡和目标间互遮挡、部分和全部遮挡下的目标跟踪均具有鲁棒的跟踪性能.     

基于灰度直方图的运动目标特征检测算法

为提高运动目标的检测效果和指导性，提出一种基于灰度直方图分析的运动目标特征检测算法。采用视觉成像技术进行运动目标图像采集和视觉特征分析，提取运动目标的动态视觉特征量。根据运动目标边缘差分变换和空间位置关系进行运动图像的特征分离，提取运动目标图像的边缘轮廓特征量。采用统计形状模型进行运动目标图像的二值化分离，构建运动目标图像的灰度直方图。根据灰度直方图中的统计信息进行目标特征检测和动态特征提取，实现运动目标图像的视觉检测和动态识别，有效提取运动目标的关键特征，实现目标特征检测。仿真结果表明，采用该方法进行运动目标图像的特征检测性能较好，对运动目标的动态识别能力较强。     

Developing a mobile robot for transport applications in the hospital domain

We have been developing MKR (Muratec Keio Robot), an autonomous omni-directional mobile transfer robot system for hospital applications. This robot has a wagon truck to transfer luggage, important specimens, and other materials. This study proposes an obstacle collision avoidance technique for the wagon truck pulling robot which uses an omni-directional wheel system as a safe movement technology. Moreover, this paper proposes a method to reach the goal along a global path computed by path planning without colliding with static and dynamic obstacles. The method is based on virtual potential fields. Several modules with different prediction times are processed in parallel to change the robot response according to its relative velocity and position with respect to the obstacles. The virtual force calculated from each potential field is used to generate the velocity command. Some experiments were carried out to verify the performance of the proposed method. From the experimental results in a hospital it was confirmed that the robot can move along its global path, and reach the goal without colliding with static and moving obstacles.