移动机器人视觉定位方法的研究与实现

针对移动机器人的局部视觉定位问题进行了研究。首先通过移动机器人视觉定位与目标跟踪系统求出目标质心特征点的位置时间序列，然后在分析二次成像法获取目标深度信息的缺陷的基础上，提出了一种获取目标的空间位置和运动信息的方法。该方法利用序列图像和推广卡尔曼滤波，目标获取采用了HIS模型。在移动机器人满足一定机动的条件下，较精确地得到了目标的空间位置和运动信息。仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。     

基于主动侦察系统成像的图像增强方法

激光主动成像系统利用激光器作为照明光源,利用了激光高强度、高准直性等优点,对目标进行照射,通过光学接收系统获取目标信息.与其他成像探测模式相比,激光主动成像具有更强的抗干扰能力,克服了被动成像系统的天气、日夜等条件限制,可获得高对比度的目标信息,能够广泛的应用在全天候的侦察任务中,己成为研究和发展的重点.     

计算摄像学:核心、方法与应用

针对现有计算机视觉、图形学、信号处理、数字图像处理、应用光学等领域无法通过现有成像模型与装置及计算方法获取足够目标场景信息的难题,计算摄像学研究提出新的成像机制与对应的计算重构方法,在光信号观测领域另辟蹊径,创新性地将视觉信息处理与计算前移至成像过程,从而极大地提高了信息优化计算的自由度,能够在维度、尺度与分辨率上实现质的突破,从而观测到传统成像系统看不清与看不见的场景信息.本文沿着计算摄像学思路、方法与目标三条主线,对国内外研究现状进行分析与综述,期望能够帮助读者更快地了解及进入相关研究.     

基于雷达/红外成像的机动目标加速度估计

研究机动目标跟踪精度优化问题,需获取机动目标加速度准确信息。由于空间外界干扰造成雷达提供信息不准确,为此提出了基于雷达/红外成像的机动目标跟踪信息融合算法。建立了机动目标与空空导弹的相对运动目标机动数学模型,引入了雷达/红外成像导引头联合观测方法,并对两者的观测信息在时间上进行同步配准。采用雷达/红外成像信息融合跟踪扩展自适应卡尔曼滤波算法进行仿真。仿真结果表明,改进算法能够对机动目标加速度信息进行有效的、实时准确的估计,验证了所设计的跟踪算法的正确性,实现了以直接碰撞方式达到毁伤目标的目的。     

红外数字TDI成像非均匀性校正

目的 红外数字TDI（time delay integration）先经过信号的模拟数字转换,再进行时间延迟累加,曝光方式比较灵活,能够提高探测系统灵敏度以及探测目标信噪比,在航空航天遥感应用领域具有广泛的应用,红外数字TDI通常采用扫描方式成像,既具有扫描成像的特点,其本身又是一个小面阵,在信息获取上具有扫描和凝视双重特性,在信息处理端,成像非均匀性是限制其成像质量的关键因素,降低输出图像的非均匀性,对开展目标探测、识别等研究和应用具有重要意义。方法 通过分析成像系统的每个部分,建立成像输入输出模型,并讨论模型中各个参数对成像非均匀性的影响,指出优化系统非均匀性的途径;对图像非均匀性校正分为盲元补偿和有效像元的非均匀性校正,对盲元进行邻域像素替代和邻域像素平均的交替迭代补偿提高了盲元的补偿率,对有效像元分析了所有像元的响应特性,选择了曲线拟合的目标校正曲线对系统灰度输出与输入能量之间的非线性进行校正,并引入校正因子对非扫描方向上的非均匀性进一步校正。结果 使用上海技术物理研究所研制的640×8中波红外数字TDI探测器进行了黑体定标验证,结果表明,在特定温度下的黑体成像经过校正后的非均匀性由19.44%下降到4.01%,外场实验获得的红外TDI图像上的横条纹明显减少和弱化。结论 通过分析对目标场景成像从光信号到电信号的整个链路,得到影响成像非均匀性的具体参数,对红外数字TDI成像系统设计具有一定参考意义;使用本文方法对红外数字TDI成像进行了盲元补偿和非均匀性校正,成像非均匀性显著下降,验证了该方法的有效性。     

基于CCD图像的远距离定位技术

在足够远的距离上,物．最会成像在透镜的焦平面处,针对这一成像特点,本文提出一种基于光学成像的目标定位方法。计算机通过CCD摄像系统获取到目标的图像,对目标图像进行数字图像处理并计算出目标方位角和高度角,达到对目标定位的目的。通过对太阳的精确定位,验证了此定位方法的可行性,并分析了图像的几何畸变对此方法定位精度的影响。     

利用序列ISAR图像获取空间目标3-D信息的方法

如何从空间目标序列性二维(2-D,Two-Dimentional)逆合成孔径雷达(ISAR,Inverse Synthetic Aperture Radar)成像获取目标的三维(3-D)信息,是目标特征自动识别(ATR,Automatic Target Recognition)技术的重要研究课题。利用双向射线跟踪(BART,Bidirectional Analytic Ray Tracing)方法,计算连续多角度观测条件下空间目标的电磁散射数据,并由此获取空间目标的ISAR序列2-D图像。再利用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)特征跟踪算法,跟踪提取2\|D序列ISAR图像中的特征点(强散射点),获得其2-D坐标。然后,基于正交因式分解法(OFM,Orthographic Factorization Method),计算强散射点的3\|D坐标,获取空间目标的3-D信息。通过简单六棱柱模型,验证重构算法的精度;并以ENVISAT卫星模型为例,给出强散射点的3-D重构结果。结果表明,本文对空间目标3\|D信息获取方法能有效地从ISAR序列2-D图像中重构目标的三维信息。     

数字博物馆文物信息获取系统的分析与设计

在现有的数字博物馆中,提供的内容基本上是馆内的文物信息,无论从广泛性还是针对性来说都不能满足用户在文物信息获取方面的需要。通过设计数字博物馆文物信息获取系统,满足了用户广泛、准确、快速获取文物信息的要求。在设计过程中,明确了系统的功能并对其结构进行了规划,为在数字博物馆中实现快速准确获取文物信息提供了一种可行的方法,有效地解决了数字博物馆文物信息共享的问题,提高了文物信息的使用效率,使现有的数字博物馆资源得到了充分的利用,满足了用户在文物信息获取方面的需要。随着数字博物馆的普及,提高数字博物馆的教育服务、信息提供服务的水平成为数字博物馆建设中两个重要的发展方向,所研究的内容准确把握了要解决的关键问题,提高了数字博物馆的信息服务水平。     

电阻/电容信息融合成像系统的硬件电路设计

为了实现工业生产过程中更准确的参数计量和更精确的过程可视化测量,经过对电成像技术和多传感器信息融合技术的研究,提出了一种电阻／电容成像信息融合成像系统的硬件电路。该电路具有分别获取电阻和电容成像信息的功能,并且可以在适当的时序控制下将成像信息稳定地传送到计算机进行成像。通过对电路原理的理论分析和稳定性测试表明,该电路可以获取较可靠的成像信息,因而适用于电容电阻复合式成像系统,并能应用于各种工业生产。     

基于VR技术的X射线图像安检危险品自动识别

针对当前X射线图像安检危险品识别方法未采集模糊静态图像目标,导致安检危险品图像呈现效果较差、危险品识别率较低、识别时间较长的问题,提出了基于VR技术的X射线图像安检危险品自动识别方法。通过X射线获取安检危险品成像,采用VR技术采集模糊静态图像目标,利用光学成像原理分层处理模糊静态图像目标,获取模糊静态图像目标亮度层和细...     

Measurement and analysis on the accommodation responses to real‐mode,virtual‐mode,and focused‐mode integral imaging display

Integral imaging has three display modes including real mode, virtual mode, and focused mode, and each mode has unique display characteristics. In this paper, the accommodation responses to the three‐dimensional (3‐D) targets reconstructed by each mode of the integral imaging display were measured and statistically analyzed. Through the least square method, standard deviation analysis, and t‐test analysis, we found that the accommodation responses to the 3‐D target reconstructed by the focused mode was more similar to that of the real target on the same depth position. Moreover, the closer to the central depth plane was, the steadier accommodation response 3‐D targets could provide. These statistical analysis results are helpful to the design of integral imaging display device.     

A theoretical 2D image model for locating 3D targets

To construct a water quality monitoring system, challenging issues need to be addressed regarding the acquisition of target information (e.g. 3D location and occlusion) as well as the behavioural analysis of aquatic organisms. This paper presents a novel 3D information acquisition and location method, by means of an information acquisition platform consisting of a monitoring terminal, frame grabbers, a single camera and a single mirror. Using this platform, we propose a theoretical 2D image model for locating 3D targets and then validate it using data obtained from both real and artificial fish. The proposed model is based on the principles of light refraction, plane mirror imaging, underwater objects and camera imaging as well as the technologies of digital to analog conversion and object segmentation. In contrast with existing methods, our method can accurately reflect 3D information of aquatic organisms, thus providing critical technical support for the development of water quality monitoring systems in the future.     

A 3D Imaging Framework Based on High-Resolution Photometric-Stereo and Low-Resolution Depth

This paper introduces a 3D imaging framework that combines high-resolution photometric stereo and low-resolution depth. Our approach targets imaging scenarios based on either macro-lens photography combined with focal stacking or a large-format camera that are able to image objects with more than 600 samples per mm $^2$ . These imaging techniques allow photometric stereo algorithms to obtain surface normals at resolutions that far surpass corresponding depth values obtained with traditional approaches such as structured-light, passive stereo, or depth-from-focus. Our work offers two contributions for 3D imaging based on these scenarios. The first is a multi-resolution, patched-based surface reconstruction scheme that can robustly handle the significant resolution difference between our surface normals and depth samples. The second is a method to improve the initial normal estimation by using all the available focal information for images obtained using a focal stacking technique.     

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。     

视觉测量中环状编码标记点检测与识别方法

针对视觉测量中环状编码标记点检测识别易受成像角度、光照等因素影响的问题,提出了一种基于编码环采样的解码识别方法.使用Canny算子对图像进行边缘检测,提取图像轮廓结构信息,基于尺寸和形状约束,滤除非标记点轮廓;使用Otsu算法进一步提取标记点边缘环状邻域,通过最小二乘椭圆拟合求解椭圆参数,通过椭圆参数约束,再次滤除非标记点轮廓;基于标记点椭圆参数,对编码环进行连续采样,解算获得编码值.试验结果表明,所提出的检测识别算法受成像角度、光照等因素影响小,可实现编码标记点的精确定位与准确识别.     

基于曲线合成孔径雷达的三维目标特征提取

介绍了曲线合成孔径雷达(CLSAR)的基本概念,推导了CLSAR的chirp信号回波数据模型,并在此基础上对CLSAR的三维目标重建机理进行了详细的分析。指出由于旁瓣的影响,传统的基于FFT的反演成像方法在曲线孔径下不再有效,进而采用基于谱估计的RELAX算法实现三维目标的特征提取。最后,通过系统仿真,验证了CLSAR利用RELAX算法实现三维目标特征提取的有效性和优越性。     

GNSS-R SAR地面目标建模与成像

针对GNSS-R SAR对地成像仿真中,由于地面目标建模以目标复杂的实地勘测DEM（Digital Elevation Model）为基础而导致的典型目标影像特征不利于单独观察的问题,基于蒙特卡罗方法对随机地表建模,基于欧几里德原理对建筑和树木建模,构建结构灵活可控的成像场景。利用导航卫星作为辐射源,机载接收机作为信号接收平台,成像场景反射的GNSS-R信号作为回波信号,BP算法作为成像处理算法,进行成像仿真。仿真结果表明,该仿真场景下生成的图像可反映不同地面目标的结构特点和散射强度差异,证明了所构建的地面目标模型能够应用于GNSS-R SAR成像系统的仿真验证。     

Narrow-band radar imaging of spinning targets

According to the characteristics of narrow-band radar echoes from spinning targets,this paper applies the complex-valued back-projection method to image formation.Since it accumulates the sinusoidal phase of spinning scatterers effectively,this method can obtain high resolution imaging.The resolution and required radar pulse repetition frequency (PRF) of this method are deduced.For imaging of fast spinning targets,however,spurious peaks appear due to azimuth down sampling with a low PRF.Therefore,a signal m...     

基于拟牛顿法和块稀疏重建的TWR成像算法

多径效应环境中边墙位置的不确定性给穿墙雷达系统的目标定位和高分辨率成像的要求带来很大的挑战。针对上述问题,在对穿墙雷达多径回波信号进行合理建模的基础上,提出一种基于拟牛顿法和块稀疏重建的成像算法。所提成像算法在精确重建边墙位置的基础上具有成像目标定位准确,无虚假目标的优点,数值仿真实验结果验证了所提成像算法的有效性和正确性。     

荧光断层成像中圆柱仿体的三维重建

使用基于有限元法的线性模型,用几种不同的迭代正则化方法进行荧光产额的三维重建,其中包括最小二乘的共轭梯度法(conjugate gradient least square,简称CGLS)、最小二乘的QR分解迭代法(least square QR decomposition,简称LSQR)和包含后处理的预迭代算法.利用一个非接触式、多透射角度的成像系统进行圆柱仿体实验来评估上述3种方法,并与以往常用的代数重建方法(algebraic reconstruction technology,简称ART)作了比较.单荧光团和双荧光团的实验结果表明,上述3种迭代方法可以比较准确地估计荧光团位置,而所需计算时间仅为ART的2%左右.