基于图像的主动脉弓运动和变形参数自动跟踪测量方法

提出一种基于动物实验序列图像的自动跟踪方法,测量主动脉弓在体运动和变形。在测量的初始帧,手动选取测量窗口,采用像素灰度值的梯度算法对图像测量窗口内的边界进行自动识别,得到主动脉弓的真实边界,进而调整测量窗口至最佳位置。在后续帧中,自动跟踪最佳测量窗口的位置,测量主动脉弓不同部位动脉直径和中心点位置随时间的变化。通过对四只兔子的实验测量,结果发现:主动脉弓具有一定锥度,在弓部直径最大,且主动脉弓在体运动和变形周期与心动周期之间存在较强的相关性。结论与生理现象或已有实验结果一致,表明基于图像的自动跟踪方法在测量主动脉弓运动与变形时不仅可行,而且可靠。     

基于极端学习机背景预测的红外小目标检测算法

为自适应检测复杂环境中的红外小目标,提出了基于极端学习机背景预测的红外小目标检测算法。首先,依据灰度值分布设计局部边缘敏感平滑滤波器,在相近的灰度范围内,使中心像素的灰度值等于邻域内多数灰度值的融合,对红外图像进行滤波,能够去除大量噪声并突出图像主要结构;其次,利用极端学习机对滤波后的图像建立回归模型,以邻域像素值为输入,以中心像素值为输出训练模型,并对背景进行预测,得到的图像与滤波后的图像做差,得到小目标显著图;最后,利用图像块对比特性对显著区域处理,使小目标区域均匀突出,抑制背景区域,并经过简单阈值操作,实现对红外小目标的检测。实验结果表明:与其他检测算法相比,在复杂背景下,本文算法检测结果的局部信噪比增益最高,单帧检测时间为0.18 s。本文算法对背景进行学习,发掘背景与目标的差异,提高了算法的适应能力,并且能够有效检测小目标。     

一种基于自适应去偏转换滤波的机动目标跟踪

针对于机动目标的跟踪问题,提出了一种基于交互式多模型的自适应去偏转换卡尔曼滤波器.该算法利用交互多模型算法来完成不同跟踪模型的相互切换;根据自适应去偏转换测量卡尔曼滤波算法来推导跟踪目标状态,同时自适应因子可以确保不正常测量时的鲁棒性.与传统的去偏转换卡尔曼滤波算法对比,该算法可以很好地改善所获量测信息在雷达被干扰时的目标跟踪精度.仿真结果表明了算法的有效性和可行性,且跟踪精度相对传统的去偏转换卡尔曼滤波算法减少9.38％的位置误差.     

一种基于自适应去偏转换滤波的机动目标跟踪（英文）

针对于机动目标的跟踪问题,提出了一种基于交互式多模型的自适应去偏转换卡尔曼滤波器。该算法利用交互多模型算法来完成不同跟踪模型的相互切换;根据自适应去偏转换测量卡尔曼滤波算法来推导跟踪目标状态,同时自适应因子可以确保不正常测量时的鲁棒性。与传统的去偏转换卡尔曼滤波算法对比,该算法可以很好地改善所获量测信息在雷达被干扰时的目标跟踪精度。仿真结果表明了算法的有效性和可行性,且跟踪精度相对传统的去偏转换卡尔曼滤波算法减少9.38%的位置误差。     

一种针对临近空间滑跃目标的轨迹跟踪方法

针对临近空间跳跃滑翔目标运动建模困难,跟踪精度低的问题,提出了一种基于自适应衰减震荡模型的轨迹跟踪方法。首先,对临近空间滑翔跳跃目标的运动特点进行了深入分析,确定其运动具有周期性和衰减性的特点;根据这一特点,利用二阶时间自相关随机过程对加速度和飞行路径角进行建模,通过傅里叶变换推导了零均值衰减震荡模型;考虑到临空目标受气动阻力的作用,加速度小于零的情况,借鉴"当前"统计模型的思想,进一步对零均值衰减震荡模型进行改进,提出了自适应衰减震荡模型,实现了目标运动描述在周期性和衰减性上的统一。在此基础上,建立了地理坐标系下的目标运动模型,给出了基于雷达的测量模型。针对该系统非线性较强的特点,利用无迹卡尔曼滤波算法完成了跟踪滤波器的设计。仿真结果表明,所提出的算法具有更好的跟踪效果,其位置跟踪精度和速度跟踪精度较正弦波模型分别提高了17.91%和26.33%。     

强跟踪-容积卡尔曼滤波在弹道式再入目标跟踪中的应用

对于具有一定机动能力的弹道式再入目标跟踪问题,稳定性好、鲁棒性强、收敛精度高的估计方法是保证跟踪精度的关键。针对再入运动模型和测量体制的强非线性以及目标机动引起的滤波精度下降问题,提出一种将强跟踪滤波(STF)和基于三阶球面-向径容积规则的容积卡尔曼滤波(CKF)相结合的强跟踪-容积卡尔曼滤波(STCKF)。通过将强跟踪算法中的自适应渐消因子引入到滤波时间更新和测量更新方程中,在线实时调整滤波增益矩阵,能有效避免模型失准造成的滤波性能下降,使该算法兼具CKF滤波精度高和STF鲁棒性强的优点。通过数学仿真表明,改进后的STCKF可以实现对具有机动的弹道式再入目标的高精度跟踪,相对于CKF精度提高50%,并且具有更强的鲁棒性和自适应能力。     

基于模糊迭代均方根容积卡尔曼滤波的天基非合作目标跟踪

针对非合作航天器相对导航中测量噪声不确定的问题,提出了一种模糊迭代均方根容积卡尔曼滤波算法,实现对非合作目标相对状态的测量。该算法利用容积点均方根迭代策略和模糊推理系统实时调整改进容积卡尔曼滤波的量测噪声协方差阵权值,修正量测噪声协方差阵,使其接近真实噪声值,从而提高目标跟踪算法的自适应能力,提高了滤波精度。通过建立数学仿真模型,分别采用扩展卡尔曼滤波、容积卡尔曼滤波以及模糊迭代均方根容积卡尔曼滤波进行跟踪仿真,仿真结果表明,与标准容积卡尔曼滤波相比,该改进算法能够提高13.17%的跟踪精度。     

高超声速机动目标的强跟踪UKF自适应交互多模型算法

针对高超声速强机动目标的运动具有复杂性、突变性和强非线性等特点,单模型跟踪算法难以实现精确跟踪的问题,提出了一种基于多重渐消因子的强跟踪UKF自适应交互多模型算法。考虑现有强跟踪UKF算法引入单渐消因子的不足,根据正交性原理推导得到了引入多渐消因子的强跟踪UKF算法,完成了对非线性目标状态的滤波估计;在交互多模型算法的子模型中选用改进的CS-Jerk模型;对交互多模型中各子模型间的转移概率进行在线自适应调整,并与改进CS-Jerk模型结合克服了单模型算法跟踪强机动目标的不足,实现了模型与目标运动模式的实时最优匹配。仿真结果表明,与单模型算法和经典多模型算法相比,提出的算法使得不同条件下位置和速度的跟踪误差至少降低11.89%,有效提高了高超声速强机动目标跟踪精度。     

基于加权时空上下文学习的多特征视觉跟踪(英文)

针对视觉跟踪过程中的光照变化、尺度变化、遮挡等干扰,提出了一种基于加权时空上下文学习的多特征目标跟踪算法,实现了快速鲁棒的目标跟踪。首先,提取灰度信息、LBP纹理特征和HSV颜色特征作为目标模型,增强目标模型的鲁棒性。其次,采用加权系数矩阵衡量特征的目标归属度,提升特征的分辨能力。然后,计算每个特征的加权时空下文跟踪置信图。最后,利用KL方法对每个通道置信图进行融合并进行目标定位。OTB数据库实验距离精度和重叠成功率分别为0.666和0.636,证明所提出的方法优于现有方法。     

道路约束条件下的移动机器人跟踪

为提高移动机器人的位置估计精度和跟踪效果,提出一种基于道路约束条件下的移动机器人鲁棒约束H∞滤波(CHF)跟踪算法.首先,将机器人移动的道路网络作为跟踪的约束条件,并利用当前统计模型对机器人的运动进行建模.其次,将道路约束条件作为机器人跟踪的非线性状态约束,利用最小协方差估计推导了鲁棒CHF递推方程.通过拉格朗日乘子法对非线性约束优化估计问题进行求解,并利用约束信息对CHF算法的状态更新过程进行了改进.最后,通过对CHF算法和无约束的H∞滤波算法的跟踪性能进行了对比分析和验证.仿真结果表明,该算法可以实现机器人的跟踪,且跟踪精度优于HF算法.     

玻璃带实时质量检测新方法研究

目前,浮法玻璃缺陷妨碍了它在重大技术领域中的应用,它不但影响了产品的外观,而且由于它的不平整度及屈光度的影响,使得人们透过玻璃观察实物时受到障碍。为此必须研制新的检测方法在浮法玻璃带退火窑出口处至浮法线切割之间区域进行质量检测,对不符合质量标准的玻璃缺陷在线切割。本文提出一种新的检测方法实时相移数字云纹检测方法,该方法不仅能够对气泡、结石、锡点以及其它类缺陷进行有效的分类,而且能够进一步地测出缺陷的尺寸、形状、位置及屈光度等质量参数,并且最小缺陷尺寸的检测量级能达到0.5mm。本文还开发出了一套完整的检测系统,其硬件系统包括高速线阵摄像机、荧光灯、光栅、PC机;软件系统由改进的边缘跟踪算法、求相解相算法、噪声处理及各种图像处理算法组成。     

心肌细胞搏动视频自动分析系统

本文介绍了一种建立实时图像处理平台的方法。并将该方法应用于心肌细胞视频图像的分析处理。通过合理使用差分图像法和相关跟踪法实现了对心肌细胞搏动频率，搏动幅度的实时动态记录。     

环路跟踪卡尔曼滤波算法的性能分析

基于卡尔曼滤波的环路跟踪算法多是通过一定仿真证明算法性能,没有系统性性能评估,难以较好指导工程应用。在原有算法基础上进行了优化,并系统性地对比分析、评估了基于卡尔曼环路滤波算法性能,以期为算法工程化提供指导。首先提出对跟踪环路反馈调整量进行预测,使之更符合系统实际,减小环路跟踪误差。而后基于卫星信号模拟器输出信号和自生产信号源,充分评估基于卡尔曼滤波环路跟踪算法的收敛时间和灵敏度。仿真结果表明,相比目前工程常用的二阶FFL辅助三阶PLL算法,基于卡尔曼滤波环路跟踪算法能够缩短环路所需稳定时间约90%,并能提升跟踪灵敏度约5 d B,有效改善弱信号场景中接收机输出信息的完好性和连续性。     

A PLIC volume tracking method for the simulation of two‐fluid flows

Numerical methodologies for computer simulations of two‐fluid flows are presented. These methodologies fall into the category of volume tracking methods with piecewise‐linear interface calculation (PLIC). The scope of this work is limited to laminar flows of immiscible, non‐reacting, incompressible Newtonian fluids, without phase change, in planar two‐dimensional geometries. The following novel or enhanced procedures are proposed: a parallelogram scheme for multidimensional advection of the volume‐fraction field; a circle‐fit technique for the orientation of the interface segments and the calculation of curvature; a novel contact angle treatment; and a staggered formulation for volumetric body forces that can accurately balance pressure forces in the vicinity of the interface. In addition, surface‐tension‐derived and hydrostatic‐derived pressure adjustments are introduced as a means of accurately calculating pressure forces in cells that contain the interface, so as to minimize the non‐physical flows that afflict many available volume tracking methods. The proposed method is validated using four test problems that involve simulations of pure advection, a static drop, an oscillating bubble, and a static meniscus. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

全场测速技术进展

速度场测量技术的研究在流体力学和空气动力学中具有极高的学术意义和实用价值．文中归纳介绍了近十多年来人们积极探索的各种全场测速新技术,特别是激光诱导荧光高速流场测试技术、二维粒子跟踪和粒子图象测试技术以及三维测速的最新进展      

风沙颗粒运动的数字高速摄影图像的分割算法

为了深入理解多因素驱动下风沙颗粒起动的动态演化规律, 需要准确地获得沙质床面附近沙粒群起跳的方式、速度和运动轨迹. 以连续强激光源为照明的数字高速摄影技术是研究这类问题的有效手段, 但由于风沙运动的高速摄影图像具有运动沙粒和静止床面的对比度小、相邻两帧图像相似性小等特点, 原始图像叠加算法难以有效实现目标与背景的分割. 该文提出了基于相邻的风沙运动图像灰度差值变化原理的图像分割算法. 实例显示,只要选择合适的相邻图像灰度差值阈值和自适应二值化处理方法就能实现图像中运动沙粒与床面分割. 当起跳沙粒浓度较低情况下, 基于MATLAB平台的最小距离匹配的粒子追踪算法(PTV算法)能较为准确地恢复床面附近沙粒的运动轨迹.      

AN ARITHMETIC METHOD OF SEGMENTING MOVING AEOLIAN SAND PARTICLES＇ IMAGES FROM BACKGROUND INFORMATION OF DIGITAL HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY IMAGES

为了深入理解多因素驱动下风沙颗粒起动的动态演化规律,需要准确地获得沙质床面附近沙粒群起跳的方式、速度和运动轨迹.以连续强激光源为照明的数字高速摄影技术是研究这类问题的有效手段,但由于风沙运动的高速摄影图像具有运动沙粒和静止床面的对比度小、相邻两帧图像相似性小等特点,原始图像叠加算法难以有效实现目标与背景的分割.该文提出了基于相邻的风沙运动图像灰度差值变化原理的图像分割算法.实例显示,只要选择合适的相邻图像灰度差值阈值和自适应二值化处理方法就能实现图像中运动沙粒与床面分割.当起跳沙粒浓度较低情况下,基于MATLAB平台的最小距离匹配的粒子追踪算法（PTV算法）能较为准确地恢复床面附近沙粒的运动轨迹.     

Closure proposals for the tracking of turbulence-agitated gas–liquid interfaces in stratified flows

The present work focuses on the formulation of new modelling approaches to ensemble-averaged equation for the interface tracking in stratified two-phase flow regime with separated gas and liquid layers. The model aims to represent the influence of the unresolved part of the surface. The modelling constants have been estimated based on the k–? model and the empirical observations of Brocchini and Peregrine (2001a) for the air–water flows. The new modelling proposal was implemented numerically for the 1D case. Results of the simulations are presented in the paper.     

A note on reservoir simulation for heterogeneous porous media

We present a front-tracking method for solving two-phase reservoir simulation problems arising in reservoirs with varying geological properties. The method preserves exactly the characteristic features of saturation fronts crossing media discontinuities. Two test examples are presented.