几何约束

摘要： 针对动态场景下视觉SLAM(simultaneous localization and mapping)算法易受运动特征点影响,从而导致位姿估计准确度低、鲁棒性差的问题,提出了一种基于动态区域剔除的RGB-D视觉SLAM算法。首先借助语义信息,识别出属于移动对象的特征点,并借助相机的深度信息利用多视图几何检测特征点在此时是否保持静止;然后使用从静态对象提取的特征点和从可移动对象导出的静态特征点来微调相机姿态估计,以此实现系统在动态场景中准确而鲁棒的运行;最后利用TUM数据集中的动态室内场景进行了实验验证。实验表明,在室内动态环境中,所提算法能够有效提高相机的位姿估计精度,实现动态环境中的地图更新,在提升系统鲁棒性的同时也提高了地图构建的准确性。

摘要： SLAM技术是机器人自动导航、无人驾驶、AR增强现实的关键技术,而视觉SLAM因为可以获取更多的环境信息,同时成本远低于激光雷达的方案,受到了业界广泛的关注。但是,传统的SLAM框架为了分析方便,采用了静态环境的假设,如何应对动态目标干扰至关重要。现有的面向动态场景的SLAM系统要么只利用语义信息,要么只利用几何约束,要么以松散耦合的方式简单结合起来,设计一个面向动态环境的视觉语义SLAM系统,它建立在经典的ORB-SLAM框架之上,采用一种新的动态特征检测方法,称为语义光流,充分利用隐藏在语义和几何信息中的动态特性,准确地去除前端提取到的动态目标特征点。利用SegNet生成逐像素语义分割结果作为语义光流中的掩码,计算可靠的基本矩阵,然后利用几何约束找到真正的动态特征点并过滤。在跟踪和优化模块中仅保留剩余的静态特征,以实现动态环境中准确的相机位姿估计。在TUM的RGB-D数据集和真实环境中进行了实验,与ORB-SLAM相比,在高动态场景中实现了98.49%的精度提升,优于四个经典动态视觉SLAM系统。

摘要： 传统视觉同步定位和地图构建(Simultaneous localization and mapping,SLAM)算法建立在静态环境假设的基础之上,当场景中出现动态物体时,会影响系统稳定性,造成位姿估计精度下降。现有方法大多基于概率统计和几何约束来减轻少量动态物体对视觉SLAM系统的影响,但是当场景中动态物体较多时,这些方法失效。针对这一问题,本文提出了一种将动态视觉SLAM算法与多目标跟踪算法相结合的方法。首先采用实例语义分割网络,结合几何约束,在有效地分离静态特征点和动态特征点的同时,进一步实现多目标跟踪,改善跟踪结果,并能够获得运动物体的轨迹和速度矢量信息,从而能够更好地为机器人自主导航提供决策信息。在KITTI数据集上的实验表明,该算法在动态场景中相较ORB⁃SLAM2算法精度提高了28%。

摘要： 特定海洋环境会产生内波吸引子现象,从而诱导等温面的波动,形成特殊的声速梯度场。对内波吸引子产生条件进行研究,对开发新型水下航行器的通信和隐蔽方式具有积极意义。地形条件是引发内波吸引子形成的要素之一。文中基于有限体积法研究了二维重力场作用下不可压缩粘性盐溶液中,形成稳定内波吸引子的几何约束条件,并依据声速与温度的关系,通过引入温度场控制方程,研究了内波吸引子对声速场和声速梯度场的影响。研究表明,对于近直角梯形截面的峡谷区域,当存在微小扰动时,海洋中会产生内波,经多次反射后形成内波吸引子;当峡谷水面宽度和深度比在1~1.3范围内,存在可形成稳定的内波吸引子特定梯形截面,同时声速梯度场也呈现出四边形构型,可为水下航行器提供特定的通信和隐蔽空间。

摘要： 提出了一种在倾倒后具有自我恢复能力的四足并联移动机器人。该四足机器人的腿部结构由一种可重构空间六杆机构构成,该六杆机构由两个改进型球面五杆机构并联而成,具有两种不同的运动位形。其中,运动位形Ⅰ具有1R2T共3个自由度,满足四足机器人对腿部行走机构的自由度需求;运动位形Ⅱ具有2个自由度且工作空间很大,满足其翻身所需要的工作空间条件。运用螺旋理论对球面五杆机构和可重构六杆机构的两种运动位形进行了几何约束分析,这两种运动位形具有互锁性能。运用D-H法对可重构六杆机构进行了逆运动学分析并得到其工作空间,验证了四足机器人翻身的可实现性。分析了四足机器人在翻身时的步态,得出了其在倾倒后自我恢复时腿部电机转动角度与机器人机身重心的关系。在四足机器人的翻身过程中,其腿部的可重构六杆机构均处于运动位形Ⅱ。在Adams软件中验证了预设翻身步态的正确性与合理性。

摘要： 针对现有点线融合视觉SLAM(simultaneous localization and mapping)方法中线提取和线匹配准确度低导致定位精度下降的问题,从多维度对现有点线融合双目视觉SLAM方法进行了改进研究。通过内部参数调整和长度阈值筛选改进LSD(line segment detection)提取质量;基于几何约束将线特征匹配抽象为稀疏最小化问题,求得最优解即找到线段最佳匹配;基于图像纹理评分和匹配成功特征数量分配点线特征权重,优化了后端点线特征融合策略。相比LSD算法和LBD(line binary descriptor)匹配方法,短线段数量平均下降了67%,匹配准确度平均提高了18%;相较于PL-SLAM,定位误差在EuRoC和KITTI数据集上分别下降了15%和45%左右。实验表明,通过多维度改进点线SLAM方法各模块的性能有效提高了SLAM系统的定位精度。

摘要： 近年来的研究表明,对抗训练是一种有效的防御对抗样本攻击的方法.然而,现有的对抗训练策略在提升模型鲁棒性的同时会造成模型的泛化能力下降.现阶段主流的对抗训练方法通常都是独立地处理每个训练样本,而忽略了样本之间的关系,这使得模型无法充分挖掘样本间的几何关系来学习更鲁棒的模型,以便更好地防御对抗攻击.因此,重点研究如何在对抗训练过程中保持样本间的几何结构稳定性,达到提升模型鲁棒性的目的.具体而言,在对抗训练中,设计了一种新的几何结构约束方法,其目的是保持自然样本与对抗样本的特征空间分布一致性.此外,提出了一种基于双标签的监督学习方法,该方法同时采用自然样本和对抗样本的标签对模型进行联合监督训练.最后,分析了双标签监督学习方法的特性,试图从理论上解释对抗样本的工作机理.多个基准数据集上的实验结果表明:相比于已有方法,该方法有效地提升了模型的鲁棒性且保持了较好的泛化精度.相关代码已经开源:https://github.com/SkyKuang/DGCAT.

摘要： 人体器官组织外部存在复杂的粘连和交错叠加,保留合理的外部参考组织而剥离掉部分外部组织对微创等手术提供可视化导视具有重要意义。本研究提出一种新的通过属性分群和几何约束对器官外部组织进行快速剥离方法,并采用有符号距离场运算对分割后的器官组织空洞进行有效的填充,分割和渲染的数据处理在GPU和CPU间交互操作,实现了人体器官分割和剥离的仿真显示。实验结果表明本研究方法可为各种器官的外部组织的整体和局部分割和剥离提供可视的实时显示,可为微创手术和介入治疗提供导视。

摘要： 实际场景中运动物体的特征点加入到相机位姿计算中,以及静态环境特征点过度稀疏都会导致移动机器人传统视觉同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计时精度低、鲁棒性差。设计了基于分支空洞卷积的双边语义分割算法,将环境区分为潜在运动区域和静态区域;结合几何约束进行静态特征点的二次判断及对没有先验动态标记而具有移动性的特征点的判断,并在事先均匀提取的全部特征点中进行移除,只应用静态特征点求解相机位姿和构建静态环境地图。在TUM公共数据集上进行实验,验证了提出算法在动态环境中SLAM的定位精度明显优于现有其他方法。在存在运动物体的真实环境下进行建图实验,与ORB-SLAM2算法进行对比,本文算法在动态场景中构建的地图更清晰。

摘要： 针对目前工业现场弱纹理堆叠工件识别困难的问题,提出一种以工件表面孔洞为特征的改进几何模板匹配算法,以合页为例进行工件识别。首先采用加权平均法对彩色图像进行灰度化处理,再采用Canny算法进行边缘检测;其次采用旋转卡壳算法求取轮廓的最小面积外接矩形,进行几何约束后得到孔洞对应的孔轮廓,并采用随机增量法计算孔轮廓的最小外接圆得到孔特征圆心坐标。采用提出的改进几何模板匹配算法,即根据孔特征之间的几何约束进行工件识别,根据孔特征之间是否存在边缘剔除误识别工件。实验结果表明,提出的算法对带孔弱纹理堆叠工件具有良好的识别效果,工件识别查全率为98.3%,误检率为0.9%,为带孔弱纹理工件的识别提供方法。

摘要： 近年来,RTK由于其厘米级的定位精度得到了广泛的应用.但是在高楼密集的城市中,卫星信号受到遮挡使得可见卫星信号经常出现周跳,导致模糊度固定时间延长,无法满足RTK的定位精度. 针对此现象，本文提出了一种附有几何约束的RTK定位方法，通过利用多个GNSS接收机具有的几何约束的条件，改善了Kalman滤波的浮点模糊度的估计精度，从而提高整周模糊度的固定率和收敛时间。实测结果表明，附有几何约束的RTK定位方法可以较大程度上改善RTK模糊度固定率和载体定位精度。

摘要： 井网部署优化的结果服务于油藏开发,为了提高采收率和经济价值,应对不同的开发场景,做出有效的优化方案,得出更好的优化效果显得尤为重要.井网部署需要考虑油藏属性(孔渗饱、丰度、油藏有效厚度等),以及井网自身的几何模型(井距、排距、井型等).油藏数值模拟软件中,油藏属性数据均分布在油藏网格中,这些数据种类多,数量大,规律少.井网自身的几何模型一般需要从开发工艺角度由油藏工程师进行设定,主要包括注采单井的基本信息及井网单元的整体信息,单一的几何模型布井,在油藏分布不均的情况下,很容易造成经济上的浪费.当几何模型确定,结合不同的油藏属性(本文以丰度和有效厚度为例),即可建立最大控油体积多属性融合模型.专家根据需要可以给出不同的几何约束模型(如不同的井网类型),不同的专家可能给出不同的结果,进而对井网部署结果产生影响.本文仅讨论不同的井网类型的约束,并将其简化为井距、排距、剪切角、旋转角、水平位移距离6个参数可以决定的参数模型,结合最大控油体积多属性融合模型,引入进化算法,将井网类型参数模型作为一组未知解,通过粒子群算法和遗传算法不断迭代求解,并互相验证,从而优化井网部署结果,提高经济效益.

摘要： 基于密切曲内锥乘波前体进气道的一体化设计方法,生成了内外流匹配的一体化三维乘波前体进气道理论构型.在几何约束条件下,完成了实用化构型设计,其总收缩比为4.6,唇口到喉道的内收缩比为2.0.开展了来流马赫数3.0、3.5、4.0条件下的风洞试验研究.实验研究结果表明,一体化前体进气道可以在来流马赫数3.5及以上自起动;在马赫3.5和4.0,攻角0°时,其流量捕获系数分别为0.65和0.73、最大抗反压性能分别为26倍和38倍的来流压力.本文的实验研究结果,证实了设计的一体化密切内锥乘波前体进气道能够在吸气式高超声速飞行器的低马赫数端正常工作,并具备较高的流量捕获系数,表明该新型前体进气道可以作为吸气式乘波飞行器的实用型前体进气系统.

摘要： 搅拌摩擦焊接过程对工艺参数与工件几何条件十分敏感.目前,对焊接过程物理场数值模拟工作多假设在无限大试板上进行直缝焊接.关于几何条件变化对焊接影响方面的报道相对较少.本文对铝合金构件进行抽象设计了非对称几何形状的试件,通过分析搅拌摩擦焊接过程的产热与传热,建立了热源模型,采用刚粘塑性有限元法建立了6061-T6铝合金搅拌摩擦焊数值模型,利用Deform-3D有限元软件分析了不同位置,L形路径对焊接温度场及流场的影响,并比较了焊接过程的下压力.研究结果表明:焊缝从试板边缘移动到中间位置过程中,焊接区域温度场,流场和下压力具有位置效应特性.焊接路径改变对焊缝温度场和下压力具有一定影响.

摘要： 近年来，智能制造技术的深化发展对航天器制造提出了新的要求。航天器超大结构产品具有尺寸大、重量大等特点，其舱体组合加工超过了现有加工设备允许的尺寸上限，导致研制过程需要大量人力，造成产品一致性差、品质不稳定，白动化程度低等问题。航天器超大结构产品制造瓶颈日益突出，迫切需要柔性化程度较高的加工装备。为了解决实际工程应用中铣削机器人因制造、装配过程中存在的误差因素引起的精度不高问题,借助激光跟踪仪进行外部精度测量,构建机器人修正D-H理论模型,采用基于几何约束法和基于误差模型法进行机器人精度优化.通过精度优化试验对比,两种方法优化精度一致,基于误差模型方法更易于实际应用,通用性强.将优化后参数代替机器人参数进行碳纤维薄板钻孔加工,加工孔位精度由±3mm提高到±1mm以内.

摘要： 基于位移子群理论,提出对变胞机构的变胞构型模块单元展开策略及其几何约束研究方法.首先,基于变胞机构可变因素和构型特性建立了变胞构型单元模型,并完成了一维基本子群单元与多维位移子群的等效构型展开技术,继而研究了子群元素的变构型特征.基于子群单元间的组合计算,体现运动链的变构态特性尤其是几何约束的作用关系,并通过变胞链的设计验证了方法的适用性.

摘要： 本研究拟以41台宽频地震仪采集的数据，在反射、折射提供的精细地壳结构约束下进行到时层析成像、接收函数反演和SKS分裂分析等研究，以期获得高可信度(最大限度地限制了地壳横向不均匀引起地幔成像的假象)、高分辨率的板(陆)内缝合带的壳幔结构图像，旨在发现测线下方可能存在的古亚洲洋俯冲板片的行迹及其与线状出露的蛇绿岩代表的缝合带的关系，为研究古亚洲洋闭合及亚洲大陆演化提供地幔尺度的地震资料和几何约束。

摘要： 本文提出了一种基于多视几何约束的车载双目立体视觉运动障碍检测算法.研究结果表明:多视极线约束有效地解决了当相机和障碍同方向运动时对极几何无法检测运动障碍的问题.在粒子滤波框架下,以多视极线约束为状态观测,可同时检测和跟踪多个运动障碍.不同场景实际数据集上的实验结果证明:该方法具有鲁棒性和有效性.

摘要： 参数化设计是以尺寸控制几何模型,当参数变化时,各个特征间的几何约束保持不变.利用参数化建模实现渐开线圆柱齿轮的三维模型设计,可避免重复建模,提高设计效率.UG是CAD/CAE/CAM的通用平台,提供了二次开发的工具集,可实现UG的绝大部分功能.VC++6.0是应用范围最广的编程开发软件,本研究将UG二次开发技术引入到渐开线圆柱齿轮的参数化设计中,综合利用UG和VC++6.0完成参数化建模的二次开发.

摘要： 在计算机视觉和摄影测量领域,经常应用多视角图像对场景进行高精度的三维重建.其中,相机内参数和相机间固定相对关系的高精度标定是关键环节,推导立体相机系统的两个相机之间固定相对关系的６个独立约束条件,并利用这些约束关系,按照附有限制条件的间接平差模型进行自检校光束法整体平差解算,从而实现立体相机的标定.最后的模拟数据和实际数据试验说明,固定相对关系约束条件的引入,能够有效增加平差系统的多余观测数,提高标定的精度和鲁棒性,此方法可推广到多个相机组成的多相机立体量测系统的标定中.

摘要： 本发明涉及基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法及其系统，与现有技术相比解决了星载SAR卫星需在地面控制数据依赖情况下才能实现系统误差参数自标定的缺陷。本发明包括以下步骤：获取对称几何构型影像对；计算距离多普勒几何定位模型参数；建立几何定位模型；进行无场几何定标准备工作；星载SAR无场几何定标的完成。本发明在无需几何定标场依赖下实现星载SAR高精度几何定标，实现与传统星载SAR几何定标相当的精度。

摘要： 本发明尤其涉及一种用于设计工业产品的计算机实现的方法，其中使用包括节点和边的约束图来建模工业产品的几何形状之间的约束，节点表示几何形状，而边表示两个几何形状之间的约束。该方法包括以下步骤：选择产品的至少一个几何形状；根据表示至少一个所选择的几何形状的节点，计算图中每个节点的深度值；在图中识别对立约束，对立约束由定向的边表示，其中开始节点的深度值大于结束节点的深度值；反转所识别的对立约束；修改至少一个所选择的几何形状。

摘要： 本发明涉及基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法及其系统，与现有技术相比解决了星载SAR卫星需在地面控制数据依赖情况下才能实现系统误差参数自标定的缺陷。本发明包括以下步骤：获取对称几何构型影像对；计算距离多普勒几何定位模型参数；建立几何定位模型；进行无场几何定标准备工作；星载SAR无场几何定标的完成。本发明在无需几何定标场依赖下实现星载SAR高精度几何定标，实现与传统星载SAR几何定标相当的精度。

摘要： 本发明尤其涉及一种用于设计工业产品的计算机实现的方法，其中使用包括节点和边的约束图来建模工业产品的几何形状之间的约束，节点表示几何形状，而边表示两个几何形状之间的约束。该方法包括以下步骤：选择产品的至少一个几何形状；根据表示至少一个所选择的几何形状的节点，计算图中每个节点的深度值；在图中识别对立约束，对立约束由定向的边表示，其中开始节点的深度值大于结束节点的深度值；反转所识别的对立约束；修改至少一个所选择的几何形状。

摘要： 本发明公开了结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法及系统，方法包括步骤：S100提取待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配；S200对待匹配图像对划分网格，将特征点和特征直线归属到各网格；S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；S400求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l1变换到第二网格，得到同名直线；S600从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线。经实验验证，利用本发明方法进行直线段匹配，耗时不到3秒，匹配精度高达99％。

摘要： 本发明公开了基于几何约束的双目视觉圆形特征几何参数估计方法，包括以下步骤：将左CCD相机和右CCD相机分别设置在包含圆形特征的平面的斜向前方左侧和斜向前方右侧，然后调整左CCD相机和右CCD相机的位置使得圆形特征清晰完整地出现在两个相机的视野内，并采集圆形特征图像；将两个相机采集的圆形特征图像传送到计算机中进行以下处理计算圆形特征的圆心坐标以及圆形特征的半径，本发明方法通过建立几何关系，快速准确地获取对应点，避免了立体匹配的耗时过程，整体过程操作简单，可方便高效地应用到实际工程领域。

摘要： 本发明公开了结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法及系统，方法包括步骤：S100提取待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配；S200对待匹配图像对划分网格，将特征点和特征直线归属到各网格；S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；S400求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l1变换到第二网格，得到同名直线；S600从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线。经实验验证，利用本发明方法进行直线段匹配，耗时不到3秒，匹配精度高达99％。

摘要： 本发明公开了基于几何约束的双目视觉圆形特征几何参数估计方法，包括以下步骤：将左CCD相机和右CCD相机分别设置在包含圆形特征的平面的斜向前方左侧和斜向前方右侧，然后调整左CCD相机和右CCD相机的位置使得圆形特征清晰完整地出现在两个相机的视野内，并采集圆形特征图像；将两个相机采集的圆形特征图像传送到计算机中进行以下处理计算圆形特征的圆心坐标以及圆形特征的半径，本发明方法通过建立几何关系，快速准确地获取对应点，避免了立体匹配的耗时过程，整体过程操作简单，可方便高效地应用到实际工程领域。

摘要： 本发明针对电子对抗领域中无源测角准确度低，计算复杂度高的问题，提出了一种基于空间几何关系约束的二维干涉测角方法。该方法利用三维空间中天线分布位置与电磁波传播方向的空间关系，从几何分析角度设计出关于多基线波程差的几何约束函数，利用该函数可以选择出最优的波程差组合，从而得到最优的多基线相位解模糊参数。此外，在相位解模糊过程中，基于多基线在二维空间投影面的几何关系，仅遍历两条基线的模糊参数就可以得到多条基线的最优解模糊组合，相较传统方式，计算效率更高。最后，通过多组双基线组合得到来波信号方向的多个估计值，平均得到最终估计值，从而得到来波信号的俯仰角和方位角。

摘要： 本发明属于多目成像领域，公开了基于几何约束的立体匹配快速成像方法，首先完成左右相机各自的单目标定和相互间的双目标定；对左右相机的相位作极线校正；使用深度范围约束检索匹配点的范围，通过左右相机包裹相位的对应匹配点相位相似性找到若干候选点，对候选点进行初步深度重建计算，对应深度差值最小的点为最终匹配点；将对应匹配点进行亚像素化并重建深度；判断有无新的深度物体加入或有无较大深度方向上的变动；若无较大差异则统计物体的各点深度信息，得到当前深度范围作为深度约束范围，否则将全局深度范围作为深度约束范围。本发明的优势在于大大减少了投影条纹数量，减少了待检索范围，降低了成像的时间，提高了成像的效率。