机器人自适应主动同时定位与建图新方法

针对多机器人的定位与建图受到即时定位与地图构建(SLAM)研究方法和技术不成熟的制约问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的自适应同时定位与建图方法。首先,基于EKF估计方法,将SLAM中机器人运动方式的选取问题转化为一个多目标最优控制问题,机器人选取最优化目标函数的控制输入,从而以主动的、智能的和自适应的方式探索环境;然后,将上述方法推广到多机器人SLAM中,以实现更为准确、高效和鲁棒的定位与建图。仿真结果表明,该方法大大提高了机器人建图的效率、准确性和鲁棒性。该方法用于机器人主动同时定位和建图是可行的、有效的。     

一种复杂环境下移动机器人避障新方法

基于传统人工势场法的机器人避障算法虽然计算量小、实时性好,但在陷阱区域或在障碍物前可能产生震荡,导致机器人不能到达目标点,为解决上述缺陷,提出一种带记忆功能的沿边法。通过记录和分析障碍物边缘人工势场法的局部最小点来判断目标点是否被障碍物包围,从而避免机器人来回震荡和围着目标点旋转的发生。该方法步骤分为沿边行为激活和退出条件、局部最小点记录条件以及目标点被障碍物包围的判断准则。通过实验,结果表明该方法解决了复杂环境下机器人的避障问题。该方法用于复杂环境下的机器人避障是可行的、有效的。     

基于成像光谱技术的作物杂草识别研究

杂草识别是变量喷雾和物理方法精确除草的前提。利用自主设计的地面成像光谱系统在自然环境下获取了胡萝卜幼苗以及马齿苋、牛筋草和地锦等杂草在380～760 nm波长区间的高光谱数据,通过对数据归一化消除光照条件的影响之后,运用逐步法进行波段选择,采用Fisher线性判别方法对杂草与胡萝卜幼苗进行了识别。结果表明,当把每种杂草都作为一类加以精细区分时,运用选择的8个波段建立模型对杂草和胡萝卜幼苗的识别率达85%左右;当把杂草整体作为一类与胡萝卜幼苗进行区分时,运用选择的7个波段识别率高于91%。同时为了设计低成本的杂草识别系统,通过穷举法选择最优的2和3波段组合,其中最优3波段组合对杂草胡萝卜幼苗的识别能力与逐步法选择的5个波段相当,整体识别率达89%。此外发现,红边波段对杂草有着显著的识别能力。     

手-眼视觉动态目标定位方法研究

提出了一种机器人手-眼视觉分步动态目标定位方法,实验中保持摄像机图像平面与工作台平面平行,通过摄像机在不同高度对工作台上目标的分步拍摄并获取目标位置信息,将目标定位的三维关系简化为二维关系处理。在摄像机对目标定位的过程中,目标位置信息被不断修正,最终将目标定位在图像的中心位置,进而引导末端执行器完成对目标的准确抓取。实验结果显示该手-眼视觉分步动态目标定位方法定位准确、可靠性高。     

结合光谱图像技术和SAM分类法的甘蓝中杂草识别研究

杂草自动识别技术是实现变量喷洒、精准施药的关键,更是制约其实现的瓶颈,因此,准确、快速、无损地实现杂草自动识别已成为精准农业的一个重要研究方向。利用高光谱成像系统采集甘蓝幼苗及小藜、稗草、牛筋草、马唐和狗尾草等五种杂草在1000～2500 nm波长区间的高光谱图像数据,在ENVI中经过MNF变换对数据降噪、去相关,并将波段维数从256维降到11维,通过提取感兴趣区域获得标准光谱,最后利用SAM分类法识别甘蓝与杂草,光谱角弧度阈值为0．1弧度时,分类效果良好。在 HSI Analyzer中选择训练像元获得标准光谱后,利用SAM分类法识别甘蓝与杂草,并利用人工分类图与SAM分类图比较定量度量杂草的识别正确率,结果表明,当参数设置为5点平滑、0阶导数和7度光谱角度时,分类效果最佳,杂草识别率为80．0％,非杂草类识别率为97．3％,总体识别率为96．8％。应用光谱图像技术与SAM分类法相结合的方法进行杂草检测,充分利用了光谱和图像的融合信息,该方法应用空间的分类算法来建立光谱判别方法的训练集,在像素级别上考察光谱矢量之间的相似性,融合了光谱和图像两者的优势,同时兼顾了准确性和快速性,并且在整场范围内（行间和行内）改善杂草检测范围,为农业精确管理中需要植物精准信息的应用领域提供了相关的分析手段和方法。     

波束形成后多干扰抵消方法

为解决常规波束形成后干扰抵消方法仅能从目标波束内消除一个干扰影响的局限性,提出了一种可实现多干扰抑制的波束形成后干扰抵消方法,用于解决多干扰条件下的弱目标波束形成问题.该方法通过最小化多个干扰波束对目标波束的影响,获得用于抵消干扰波束的加权值;然后从目标波束中减去加权后的干扰波束,从而获得抑制干扰后的目标波束。该方法继承了常规波束形成方法的稳健性,因此在阵列流型失配等存在误差的条件下可以用于目标波束形成。仿真和海上实验数据表明,与最小方差无失真响应方法和解卷积的常规波束形成方法相比,该方法可以有效抑制干扰的影响,且当目标与任一干扰方位相近时,其方位谱中可以观察到目标波束,而另外两种方法的目标波束均被干扰波束或其旁瓣所掩盖;与设置凹槽的波束图综合方法相比,该方法算法复杂度低,计算速度快,稳健性更好。      

基于信息融合的移动机器人目标识别与定位

针对单目摄像头工作的双足机器人的视觉定位问题,设计了一种视觉传感器与超声波传感器相结合的信息融合方法,进行目标的识别和定位。对拍摄的图像进行HSV颜色空间的阈值分割得到二值图像,并对其进行形态学滤波处理和Hu轮廓不变矩匹配,以此识别到目标和其重心点图像坐标;建立单目定位模型,用机器人自身的超声波传感器得到与目标物之间的距离,采用Zhang标定法得到摄像机参数,把这些已知数据带入坐标转换,得到目标物在世界坐标系下的坐标,实现定位。借助NAO机器人的平台,将基于信息融合的定位方法和一般单帧图像定位方法进行对比实验。实验结果表明上述方法的误差相对较小,且能得到目标物的三维信息,验证了该定位方法的实际可行性。     

机器人头部的视觉跟踪系统研究

对运动目标进行识别和跟踪是机器人视觉的一项关键技术。提出了一种可以快速跟踪运动目标的系统设计方案,采用了双计算机处理和Memolink通信方式的机器人控制结构,以图像处理为基础,在图像经过校正之后,通过区域分割和目标识别两个步骤来确定目标的位置,并控制机器人对目标进行跟踪。实验表明,该方法具有较高的速度和准确性。     

基于结构光视觉引导的工业机器人定位系统

为实现工业机器人对目标对象的三维定位,提出了一种线结构光视觉引导的新型工业机器人定位系统。以工业相机、激光器和振镜组成的线结构光自扫描测量装置作为视觉传感器,借助振镜转动实现激光平面对目标对象的扫描,获取目标对象在相机坐标系下的三维位姿。为了将目标对象的三维位姿从相机坐标系转换至机器人工具坐标系,提出了机器人手眼关系与工具坐标系联合标定的方法,最终实现了工业机器人对随机位姿目标对象的三维定位。实验结果表明,系统具有较高的定位精度,其灵活性和稳定性满足工业现场的应用要求。     

基于光谱分析技术的作物中杂草识别研究

除草剂的精确喷施、物理方法精确除草皆依赖于杂草的自动识别.光合色素和结构差异导致作物、杂草的光谱反射率不同,因此不同植物可以利用光谱特性来区分.利用ASD光谱仪在室内分别测量了棉花、刺儿菜、水稻、稗草等四种植物在350～2 500nm波段范围内的光谱反射率.运用SAS统计软件的STEPDISC过程筛选能够区分作物和杂草的波长;判别模型中加入筛选所得特征波长,利用Discrim蚰过程进行判别分析.实验结果表明,利用3个特征波长385,415和435 nm有效地从双子叶植物棉花中识别出双子叶杂草刺儿菜,其识别率为100%,波长415和435nm的组合对识别模型的贡献最大;利用5个特征波长375,465,585,705和1 035 nm可有效地从单子叶植物水稻中识别出单子叶杂草稗草,其识别率也为100%,黄色到橙色的过渡波长585nm和"红边"内的波长705nm的组合对识别模型的贡献最大.     

The method of diagonal-box checker search for measuring one's blink in eyeball tracking device

A new method for meauring one's blink in the new human–machine interfaces have been developed in this paper. The major part of eyeball tracking technology is the feature extraction of the eyes and in the experiment we use a diagonal-box checker search to solve the problem. Prior to diagonal-box checker search, we find the feature subset and features that are needed so that we save much searchtime. The opening-and-closing action of the eyes results in other controlling commands that will be used for driving the robots to working or dialing the phone system.     

清末传世纺织品的材质鉴别和所用染料的微量分析

从早期纺织品保护的视角出发，通过对这一行业国内外大量文献资料梳理分析，对比了织物的常规系统分析方法，结合现代的科学技术方法，对早期纺织品的面料种类、所用染料种类以及染色工艺进行测定分析。面对目前服饰博物馆清末传世朱红女袄保藏面临的严峻考验，运用傅里叶变换红外光谱仪鉴定该纺织品的材质，以萃取法提取纺织品上的染料，用反射分光色度仪对提取前后的纺织品进行表面颜色分析，并用高压液相色谱和质谱对色素进行结构分析，尝试确定分析早期纺织品上染料的结构成分和上染方式。将现代分析技术（液质联用）和理念（色度学）融入传统研究中，使用客观科学技术获取更多有效数据和信息，佐证以主观目鉴方法得出的结论，弥补这一研究领域的空白，使对于传统服饰的研究更具深度。与传统的纺织品鉴别方法横向比较，现代的科学技术方法获得的相关信息更加详尽可靠。有利于根据不同染料特性和不同纤维种类特性提出具有针对性的保藏措施，对博物馆馆藏纺织品的保护和保存具有重要的意义。采用傅里叶变换红外仪对样品的面料进行简单分析，通过不同的特殊特征峰确定了样品为蚕丝面料。该研究建立了一种普遍适用的染料提取方法，采用丙酮、乙腈、吡啶：水（1∶1）、N,N-二甲基甲酰胺、0.1%乙二胺四乙酸水溶液/N,N-二甲基甲酰胺（1∶1）、甲醇六种不同的溶剂提取样品上的染料，采用反射分光光度仪对样品表面剥色前后的颜色进行色度测量分析。结果表明，吡啶的水溶液对染料具有最佳的提取效果；发现提取染料时加入少量乙二胺四乙酸，会提高剥色效率，即染色方式可能是媒染法，因为乙二胺四乙酸可以破坏染料和媒染金属离子间的络合作用。从染料提取前后织物的颜色变化可以推断样品的颜色可能是由染料拼色得到，利用液质联用技术（LC-MS）对提取的染料进行检测，根据染料上染方式和分子量推测分析，纺织品上染料可能含有小檗碱。经过标准小檗碱染料进行验证，进一步证明了染色纺织品上其中一种染料为小檗碱。     

Detecting citrus fruits with highlight on tree based on fusion of multi-map

Artificial vision systems are powerful tools for the automatic guiding of fruit harvesting robots, a novel method based on chromatic aberration map and luminance map is developed to identify citrus fruits with highlight within a tree canopy. Twenty images of citrus-grove scene under direct sunlight are taken, the color properties of target objects are analyzed. First, parts of citrus fruits from background are segmented from background by thresholding the CAM (chromatic aberration map), then the highlight region of citrus fruits could be detected correctly from the tree canopy by thresholding the LM (luminance map), at last the citrus fruits can be detected integrally by fusing the segmented results of CAM and LM. The results showed that the fruits under direct sunlight can be segmented wholly using this algorithm, the detection accuracy by fusion method is up to 86.81%, and the false alarm rate of fusion method is 2.25%.     

基于双相位编码的单通道彩色图像加密

提出一种基于双相位编码的单通道彩色图像加密方法. 在该方法中，将彩色图像转换到HSI空间，I分量即可作为相位编码的原始待加密图像；而采用双随机相位加密技术对S分量加密后得到的相息图，与H分量一起构成了对I分量加密的双相位. 由于双随机相位加密技术有很高的安全性，在不知密钥的情况下解出S分量几乎是不可能的，由此保证了彩色图像加密的安全性. 模拟实验结果证明了该方法的有效性. 关键词： 彩色图像 单通道 双相位编码     

拐枣七中原阿片碱的分离

用酸碱法从拐枣七中提取总生物碱,并测定其中原阿片碱的含量.从拐枣七中提取出总生物碱,用有机溶剂萃取法提取其中的原阿片碱,然后进行鉴定,鉴定包括熔点测定,呈色反应等.拐枣七中总生物碱含有隐品碱,别隐品碱,原阿片碱等多种碱,其中原阿片碱含量居多.     

Automatic method of fruit object extraction under complex agricultural background for vision system of fruit picking robot

Fruit picking robot is required for agricultural automation for fruit harvest, and vision system is the important and crucial composition of a robot system. An automatic extraction method of fruit object under complex agricultural background for vision system in fruit picking robot is presented in this study. The method is based on an improving Otsu threshold algorithm using a new feature in OHTA color space. Color features are extracted in OHTA color space and then used as an input for the Otsu threshold algorithm which calculates the segmentation threshold value automatically. Four kinds of fruit images are selected to validate the automatic extraction method. The fruit objects are automatically extracted with this method and the outputs are presented in binary images. Numerous of experiments show that the automatic extraction method can extract mature fruit from complex agricultural background and the extraction accuracy is more than 95%. The results indicate an effective fruit object extraction method for vision system of fruit picking robot.     

一种快速的图像边缘精确提取算法

图像边缘检测是图像处理与分析中最基础的内容之一。现有的边缘检测算法存在检测精度低、抗噪性能差、处理速度慢等缺点。针对这些问题,提出了一种快速图像边缘检测算法。通过基于图像边缘信息的阈值分割,能快速地提取出图像的边缘轮廓,通过对其进行中心细化,可达到对物体边缘精确定位的目的。仿真实验证明,该算法在滤除图像噪声、保留细节边缘、细化边缘宽度和保持边缘连通性方面都获得了不错的效果,并且运算量小,既适用于对视频图像的实时处理,也适用于对图像中的隐蔽目标特征的提取和分析。     

宽锥角光束对分色合色膜色再现性能的影响

考虑了在CIEL*α*b*3D色空间中以色立体作为综合评价分色合色膜色再现性能的标准，分析了宽锥角光束入射时分色合色膜空间角度特性对图像色再现质量的影响，从优化色立体体积出发提出了用预补偿的方法来优化膜系设计，提高了宽锥角光束入射下膜系的色再现性能。     

Feature points extraction of different structure for industrial computed tomography image contour

In order to accurately obtain the physical structure and dimension, the feature points extraction must be carried out from the ICT (industrial computed tomography) image contour. Therefore, the discrete data could be transformed into CAD models, and different methods have been developed for the feature points extraction, according to geometric features, the function and shape of mechanical parts. We discussed the feature points extraction methods, and one method is not enough to all the structures, so we must first distinguish the structure as regular and irregular. For the regular structures, by using a positive–negative factor, the curvature estimation method was improved. This method was designed and verified for the actual part, and has an improved accuracy in the feature points extraction. While for the irregular structures we used the polygon approximation method in the feature points extraction. For a complex part composing of several regular structures and irregular structures in the same ICT contour, we divided the whole contour into the regular and irregular structures, then used the corresponding methods for each structure. Last all feature points were extracted. The actual examples showed that the used methods are practical and effective.