基于unity和kinect的交警手势识别仿真系统的设计和实现

为研究计算机辅助驾驶系统中交警手势的识别,搭建了一个虚拟驾驶场景的实验室研究仿真系统。采用了微软公司的Kinect设备采集人体骨骼数据,经由经验模型提取特征并使用模式识别对交警手势信号进行信号分类,使用unity公司的unity3D软件实现虚拟驾驶场景的三维重建。系统测试表明,使用kinect进行手势识别响应快,准确率高,使用unity作为虚拟驾驶场景的开发平台方便快捷,两者组合非常适宜搭建基于视觉的辅助驾驶系统的仿真环境。     

动态全息三维显示研究最新进展

全息三维显示是真三维显示技术, 其原理是利用光学干涉记录和衍射再现将物体或场景的三维信息全部重建出来, 所以观看全息三维图像与观看真实物体或场景的效果一样. 近期全息研究领域有一些突破性的成果被报道, 将推动全息显示的应用不断走向成熟. 本文将重点介绍基于光学材料和空间光调制器为全息图承载载体的动态全息三维显示最新发展状况. 虽然动态全息三维显示研究仍然存在挑战, 但最近研究中已经利用光学材料实现了实时动态全息三维视频显示, 这为未来实现大尺寸、高分辨率、彩色全息真三维视频显示提供了可能.     

采用在线高斯模型的行人检测候选框快速生成方法

行人检测是模式识别及机器学习领域的研究热点之一,广泛应用于智能监控、辅助驾驶等领域,而行人候选框的生成是识别及跟踪行人目标的一项重要的前期工作。针对静态监控场景以及特定情况下的车载监控场景,提出了一种基于在线高斯模型的行人检测候选框的快速生成方法(OL_GMPG)。该方法采用高斯模型拟合行人尺寸分布,可以通过生成较少数目的行人候选框达到较高的检测率;并可通过高斯模型的学习与更新过程,获取场景中行人频繁出现的位置以及对应的目标尺度信息,为后续的行人识别及跟踪过程提供辅助。     

安全距离和成像尺寸约束的超大视场红外系统车载应用关键参数论证

在现有车载辅助驾驶系统中，可见光成像系统难以有效应用于夜晚、雨、雾、霾等低照度不良天气。红外成像系统有效克服了上述不足，但传统车载红外系统存在视场角小、视野盲区大的缺点。研究了超大视场红外系统的车载辅助驾驶应用，提出了基于安全距离和成像尺寸联合约束的超大视场红外系统关键参数论证方法。通过分析等距投影成像规律，建立了超大视场红外系统车载应用的安全距离约束模型和成像尺寸约束模型，以极限速度对应的探测最近距离和二维Johnson准则约束下的“发现”最远距离来验证超大视场红外车载系统的可行性，计算了视场角等关键参数。经过理论论证和分析，超大视场红外车载系统的镜头焦距/像元尺寸范围需在[276.1 521.3]范围之内。通过开展系统试验，设计了水平视场角为140°的超大视场红外成像系统，满足了对人的发现距离大于130 m的要求，进而可用于车辆辅助驾驶。     

基于AutoCAD和3DSMAX的虚拟校园三维场景构建研究

当前的虚拟校园三维场景构建方法是利用osgEarth获取GoogleEarth数据,构建虚拟校园三维地图,然后依据本地地形信息与三维场景模型完成对虚拟校园的三维场景构建。该方法在三维场景构建过程中没有考虑到校园后续建设发展,只凭现在所需进行三维场景构建,导致虚拟校园三维场景杂乱,存在虚拟校园三维场景构建顾虑不周的问题。为此,提出一种基于AutoCAD和3DSMAX的虚拟校园三维场景构建方法。该方法首先利用Kinect的RGB深度摄像头获取校园平面数据、影像数据和贴图资料,采用相机阵列合成算法对所得校园图像进行特征提取,然后依据非局部均值滤波方法对获取的校园图像进行去噪操作,最后利用边缘方向和梯度表示中的结构方向与强度,对校园图像外轮廓的纹理特征进行收敛,依据外轮廓纹理特征收敛实现校园图像内轮廓的准确定位,将校园图像与虚拟校园三维场景构建所需图像进行匹配,由此完成对虚拟校园三维场景的构建。实验结果证明,所提方法是虚拟校园三维场景构建领域革命性的突破,提高了学校的招生率,增加了校园文化历史的展现机会,为该领域的研究发展提供了有效依据。     

虚拟情景实训环境三维模拟

应用计算机技术当中的虚拟模拟技术,对于当前各领域实现虚拟情景三维模拟训练已成为可能。本文研究当前技术环境下,利用Unity3D模拟平台构造虚拟情景训练系统的开发与设计。从三维模拟训练系统的关键技术研究入手,以三维场景优化、物理碰撞逻辑检测、动态加载场景以及网络通信作为开发的重点,设计出较为先进和逼真的虚拟情境下三维模拟训练系统。并以消防部门作为系统应用的检测部门,检测结果表示此系统可以很好的表现出现场场景的模拟程度以及逻辑,对于加强消防部门的训练技术和应用效果有很大优势。     

基于VRML及JavaScript的晶体空间旋转对称性演示程序设计

虚拟现实技术是近些年高速发展的一种新技术,它利用计算机软件构造出一个三维空间的虚拟世界。其中VRML(即虚拟现实建模语言)更是发展迅速,VRML是一种用于建立真实世界场景的模型或人们虚拟的三维世界场景的建模语言,利用计算机虚拟现实技术辅助教学日益发展。本文结合VRML及JavaScript技术,研究了晶体空间点阵旋转对称性的虚拟建模方法,给出了便于操作的具有复杂交互功能的程序软件,VRML技术在教育、教学领域具有广阔的应用前景。     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用实时三维成像系统同时获取三维场景的彩色强度像和距离像;然后根据这些三维成像数据, 设计和制作计算菲涅耳全息图;最后在实时全息彩色三维显示系统中再现.三维信息的采集和显示速度达到了60帧每秒.     

基于角度约束的主动视觉不标定三维重构算法

为了利用机器视觉技术方便快速地实现三维场景的重构，而又不必应用靶标进行烦琐的系统标定工作，而且即使在系统参数变化的情况下，仍然能快速及时的在线确定系统参数，研究了三维重构视觉系统的自标定技术，以使视觉技术能得到更多、更灵活的应用。     

涡轮动叶冷却结构设计方法Ⅰ:参数化设计

基于冷却结构参数化设计、传统的管网计算方法与新兴的气热耦合数值模拟技术,提出了一套涡轮冷却结构设计方法,并编写了相关的设计程序与计算程序。利用参数化设计方法可以快速而精确地设计冷却结构,管网计算用于指导方案设计,气热耦合数值模拟用于指导详细设计。参数化设计中利用单元设计法程序实现动叶冷却通道快速设计;借助管网计算模型自动生成程序与CFD计算域三维实体快速造型方法,可以快速生成管网计算或在较短的时间内完成CFD计算域精确建模,为热分析计算提供条件。     

A quantum mechanics-based approach to model incident-induced dynamic driver behavior

A better understanding of the psychological factors influencing drivers, and the resulting driving behavior responding to incident-induced lane traffic phenomena while passing by an incident site is vital to the improvement of road safety. This paper presents a microscopic driver behavior model to explain the dynamics of the instantaneous driver decision process under lane-blocking incidents on adjacent lanes. The proposed conceptual framework decomposes the corresponding driver decision process into three sequential phases: (1) initial stimulus, (2) glancing-around car-following, and (3) incident-induced driving behavior. The theorem of quantum mechanics in optical flows is applied in the first phase to explain the motion-related perceptual phenomena while vehicles approach the incident site in adjacent lanes, followed by the incorporation of the effect of quantum optical flows in modeling the induced glancing-around car-following behavior in the second phase. Then, an incident-induced driving behavior model is formulated to reproduce the dynamics of driver behavior conducted in the process of passing by an incident site in the adjacent lanes. Numerical results of model tests using video-based incident data indicate the validity of the proposed traffic behavior model in analyzing the incident-induced lane traffic phenomena. It is also expected that such a proposed quantum-mechanics based methodology can throw more light if applied to driver psychology and response in anomalous traffic environments in order to improve road safety.     

A method based on iterative morphological filtering and multiple scattering for detecting layer boundaries and extinction coefficients with LIDAR

Layer boundaries detection with LIDAR is of great significance for the meteorological and environmental research. Apart from the background noise, multiple scattering can also seriously affect the detection results in LIDAR signal processing. To alleviate these issues, a novel approach was proposed based upon morphological filtering and multiple scattering correction with multiple iterations, which essentially acts as a weighted algorithm with multiple scattering factors in different filtering scales, and applies integral extinction coefficients as media to perform correction. Simulations on artificial signals and real LIDAR signals support this approach.     

Eye-safe compact scanning LIDAR technology

A 1.5-μm eye-safe, 3-D scanning, and compact Mie LIght Detection and Ranging (LIDAR) is presented. The transmitter of the LIDAR is based on a KTA optical parameter oscillator (OPO) resonator. For detecting return signals, an InGaAs APD is used. The all solid-state OPO laser transmitter has the feature of small volume and lightweight, which allows a 165-lb compact eye-safe scanning LIDAR to be constructed. A system simulation using our own model was conducted to direct the system development. A method to solve the problem with small active area APD detectors was developed and described. The preliminary field-test measurement results indicated that the LIDAR has the capability to detect aerosols and clouds in lower atmospheres up to three dimensions.     

Monte-Carlo calculations of cloud returns for ground-based and space-based LIDARS

A Monte-Carlo model is described which has been developed for calculation of multiply scattered LIDAR returns. Results are shown for the common problem selected by the MUSCLE (MUltiple SCattering LIDAR Experiments) group for intercomparison, which represents a typical ground-based cloud-sensing scenario. This is contrasted with returns from the same cloud sensed by a space-based LIDAR, where multiple-scattering effects are much greater. The magnitude of multiple-scattering effects is seen to be largely determined by the optical depth across the receiver field of view at the cloud.     

A stochastic model and a variance-reduction Monte-Carlo method for the calculation of light transport

We compare the transport theoretic and a stochastic approach of modeling light propagation in the atmosphere. Computations of LIDAR return signals using algorithms based on the two different approaches show very good agreement of the numerical data. Furthermore, a deeper analysis of the formulas for the LIDAR return signal obtained from two kinds of modeling shows that they are equivalent. Combining these approaches and introducing splitting techniques, variance reduction Monte Carlo methods and codes are designed which are adapted to the configuration of the LIDAR. These codes allow the calculation of multiple scattering effects with high accuracy. Finally, we point out the importance and some perspectives of ultilization of multiple scattering in laser remote sensing of clouds.     

激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟研究:I.均匀薄雾的多重散射强度分布(英文)

本文简要报道了激光雷达回波信号及多重散射强度分布的蒙特卡罗模拟计算结果。激光雷达系统采用共轴设计 ,计算中采用具有一定厚度、均匀分布的球形薄雾粒子来模拟大气环境 ,研究了粒子尺寸对回波信号的影响 ,获得了不同粒子半径、不同接受视场角条件下多重散射信号强度分布的经验公式。以上两套经验公式具有良好的校正系数 ,可以直接用于激光雷达系统设计中多重散射效应的研究 ,节省大量的模拟计算时间 ,提高设计效率     

星载激光雷达云和气溶胶分类反演算法研究

激光探测对于获取云和气溶胶的垂直廓线,研究大气中云和气溶胶的垂直分布特征以及对全球气候变化的影响意义重大。而星载大气激光雷达云气溶胶分类算法的研究,对于激光雷达数据的参数反演及应用极为重要。针对激光条件下探测的云和气溶胶特有的光学信息和空间分布,结合概率统计与机器学习算法,提出了一种对于云/气溶胶、云相态及气溶胶子类型识别的分类算法,实现了星载激光雷达的大气特征层快速、有效分类。算法采用中国地区2016年CALIOP的观测数据作为样本数据,主要由三部分组成：（1）基于激光探测的云和气溶胶层不同的光学特性以及地理空间分布特征,分别构建了云和气溶胶的γ₅₃₂,χ,δ,Z和lat的五维概率密度函数,以此为基础构建云气溶胶的分类置信函数,并基于此实现了云和气溶胶类型的反演;（2）选取支持向量机(SVM)作为随机朝向冰晶粒子(ROI)和水云分类的算法模型基础,结合云层的γ₅₃₂,χ,δ Z和云顶温度T的概率密度函数构建ROI,水平朝向冰晶粒子(HOI)和水云的分类置信函数以修正SVM误分的特征层以及筛选出水云中少部分的HOI冰云,获得云相态的分类结果;（3）以各气溶胶子类型的光学以及空间分布特性为基础,采用决策树策略的气溶胶子类型识别算法实现了对气溶胶子类型的区分,完成气溶胶子类型的识别。利用现有CALIOP观测结果作为样本数据构建分类数据库,避免了对于地面以及航测数据的依赖,而机器学习则大大简化了算法的实现过程,使得云气溶胶分类更加高效。算法结果与正交极化云气溶胶激光雷达垂直特征层分布数据(CALIPSO VFM)产品对比分析：云层有98.51%一致性,气溶胶有88.43%的一致性,且白天比夜间一致性高。对于云相态分类,可以有效区分出水云和冰云,其中二者水云一致性高达93.44%。在气溶胶子类型反演结果中,可以准确识别出大多数气溶胶特征层子类型。霾、沙尘以及晴空三种典型情况下的反演结果均与CALIOP VFM产品数据具有较好的一致性。其中,霾天的大部分煤烟型以及污染型（污染沙尘以及污染大陆）气溶胶反演结果与VFM具有较好的一致性。沙尘天也能够获得较好的沙尘以及污染沙尘的结果。晴空为数不多的气溶胶层也取得了较为一致的结果。对于实现的星载大气激光雷达特征层分类算法,针对CALIOP激光测量的云气溶胶层的分类进行了重要的改进,在保证一定精度的基础上,简化了算法,提高了数据处理的效率,在下一步工作中,将分别构建不同时段和季节的分类模型以及提高两种不同偏振特性的冰云和气溶胶子类型的分类精度。     

Algorithm for polarimetry data inversion,consistent with other measuring techniques in tokamak plasma

New procedure for plasma polarimetry data inversion is suggested, which fits two parameter knowledge-based plasma model to the measured parameters (azimuthal and ellipticity angles) of the polarization ellipse. The knowledge-based model is supposed to use the magnetic field and electron density profiles, obtained from magnetic measurements and LIDAR data on the Thomson scattering. In distinction to traditional polarimetry, polarization evolution along the ray is determined on the basis of angular variables technique (AVT). The paper contains a few examples of numerical solutions of these equations, which are applicable in conditions, when Faraday and Cotton-Mouton effects are simultaneously strong.     

激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟研究:Ⅰ.均匀薄雾的多重散射强度分布

本文简要报道了激光雷达回波信号及多重散射强度分布的蒙特卡罗模拟计算结果。激光雷达系统采用共轴设计,计算中采用具有一定厚度、均匀分布的球形薄雾粒子来模拟大气环境,研究了粒子尺寸对回波信号的影响,获得了不同粒子半径、不同接受视场角条件下多重散射信号强度分布的经验公式。以上两套经验公式具有良好的校正系数,可以直接用于激光雷达系统设计中多重散射效应的研究,节省大量的模拟计算时间,提高设计效率。