2008年 第34卷 第7期
2008, 34(7): 729-735.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00729
摘要:
棉花杂质的有效检测和剔除对于棉花质量的控制具有重要意义. 本文提出了一种实用的棉花杂质高速检测方法. 该方法利用 3D-LUT 技术, 有效解决了颜色空间转换的时间耗损问题. 利用 HSI 颜色空间的色度和饱和度信息, 对棉花中的杂质进行高效检测和定位. 彩色运动补偿技术的应用, 弥补了相机在硬件上进行空间参数校正的不足, 降低了杂质的错误判别率. 实验结果表明, 该系统可以在 10ms 内完成 80 线棉流图像的采集、图像格式转换、杂质的检测和定位等全部过程. 在棉流速度为 18m/s, 杂质大小为 2×2mm2 的情况下, 杂质识别正确率可达到 95.4%.
棉花杂质的有效检测和剔除对于棉花质量的控制具有重要意义. 本文提出了一种实用的棉花杂质高速检测方法. 该方法利用 3D-LUT 技术, 有效解决了颜色空间转换的时间耗损问题. 利用 HSI 颜色空间的色度和饱和度信息, 对棉花中的杂质进行高效检测和定位. 彩色运动补偿技术的应用, 弥补了相机在硬件上进行空间参数校正的不足, 降低了杂质的错误判别率. 实验结果表明, 该系统可以在 10ms 内完成 80 线棉流图像的采集、图像格式转换、杂质的检测和定位等全部过程. 在棉流速度为 18m/s, 杂质大小为 2×2mm2 的情况下, 杂质识别正确率可达到 95.4%.
2008, 34(7): 736-742.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00736
摘要:
视角变化往往会引起目标外观特征的变化, 传统的基于单一颜色直方图模型的 Camshift 跟踪算法往往不能适应这种变化. 为此, 本文从提高模型描述能力入手, 提出利用目标外观的先验知识, 为目标建立多个颜色模型, 在此基础上设计目标函数, 通过对目标函数的优化, 实时地为每帧跟踪从多个模型的凸组合中选取最优模型. 另外, 在对 Camshift 算法深入研究的过程中, 发现了概率图平均亮度和图像块颜色分布之间的一种定量关系, 这种关系为进一步理解多模型算法的工作机理提供了帮助. 头部跟踪的实验结果表明, 与单一固定模型以及自适应单模型算法相比, 多模型 Camshift 算法对目标外观的快速变化适应性很强, 而且计算代价不大.
视角变化往往会引起目标外观特征的变化, 传统的基于单一颜色直方图模型的 Camshift 跟踪算法往往不能适应这种变化. 为此, 本文从提高模型描述能力入手, 提出利用目标外观的先验知识, 为目标建立多个颜色模型, 在此基础上设计目标函数, 通过对目标函数的优化, 实时地为每帧跟踪从多个模型的凸组合中选取最优模型. 另外, 在对 Camshift 算法深入研究的过程中, 发现了概率图平均亮度和图像块颜色分布之间的一种定量关系, 这种关系为进一步理解多模型算法的工作机理提供了帮助. 头部跟踪的实验结果表明, 与单一固定模型以及自适应单模型算法相比, 多模型 Camshift 算法对目标外观的快速变化适应性很强, 而且计算代价不大.
2008, 34(7): 743-751.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00743
摘要:
分簇协议的目的是要利用节点有限的资源, 完成高效的数据采集任务, 延长网络使用寿命. 在基于簇的网络结构基础上, 提出并行分布式自组织成簇协议 (Parallel distributed self-organization clustering protocol, PDSOCP), 按地理位置将目标区域划分为若干均匀分布的逻辑区域, 每个区域根据节点剩余能量多少以及到区域内其余节点平均距离远近选择一个簇头, 以代理和簇头共同管理簇事务, 并建立了自适应路由. 实验表明, 该算法能够减少网络能耗, 有效延长网络寿命, 获得更好的性能.
分簇协议的目的是要利用节点有限的资源, 完成高效的数据采集任务, 延长网络使用寿命. 在基于簇的网络结构基础上, 提出并行分布式自组织成簇协议 (Parallel distributed self-organization clustering protocol, PDSOCP), 按地理位置将目标区域划分为若干均匀分布的逻辑区域, 每个区域根据节点剩余能量多少以及到区域内其余节点平均距离远近选择一个簇头, 以代理和簇头共同管理簇事务, 并建立了自适应路由. 实验表明, 该算法能够减少网络能耗, 有效延长网络寿命, 获得更好的性能.
2008, 34(7): 752-759.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00752
摘要:
在噪声环境下, 为提高说话人识别系统的鲁棒性, 需要对系统进行各种抗噪声处理. 本文基于说话人特征的统计特性和直方图均衡化在说话人识别中的应用特点, 提出了直方图均衡化的自适应方法. 实验结果表明, 与普通直方图均衡化变换方法相比, 自适应直方图均衡化能进一步提高辨认系统的辨认率; 并且无论在平稳噪声还是非平稳噪声环境下, 该算法都能取得较好辨认率, 进一步增强系统的鲁棒性.
在噪声环境下, 为提高说话人识别系统的鲁棒性, 需要对系统进行各种抗噪声处理. 本文基于说话人特征的统计特性和直方图均衡化在说话人识别中的应用特点, 提出了直方图均衡化的自适应方法. 实验结果表明, 与普通直方图均衡化变换方法相比, 自适应直方图均衡化能进一步提高辨认系统的辨认率; 并且无论在平稳噪声还是非平稳噪声环境下, 该算法都能取得较好辨认率, 进一步增强系统的鲁棒性.
2008, 34(7): 760-764.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00760
摘要:
本文介绍了一种改进的光流法来对图像进行配准. 其新颖之处在于, 引入了一种初始运动估计器 (扩展相位相关法) 来改善光流法的性能. 光流法配准可达到亚像素级精度, 并能计算某些复杂的运动模式, 如 chirping 和 tilting, 但它处理大尺度位移的能力较弱. 相对而言, 因为扩展相位相关法可在像素级精度上对大尺度的旋转和平移进行估计, 且计算效率较高, 所以, 它可以作为光流法一种较好的运动预估器. 实验表明, 这种改进的光流法可显著提高配准精度, 特别是对存在大尺度位移的图像, 并且对随机噪声不敏感.
本文介绍了一种改进的光流法来对图像进行配准. 其新颖之处在于, 引入了一种初始运动估计器 (扩展相位相关法) 来改善光流法的性能. 光流法配准可达到亚像素级精度, 并能计算某些复杂的运动模式, 如 chirping 和 tilting, 但它处理大尺度位移的能力较弱. 相对而言, 因为扩展相位相关法可在像素级精度上对大尺度的旋转和平移进行估计, 且计算效率较高, 所以, 它可以作为光流法一种较好的运动预估器. 实验表明, 这种改进的光流法可显著提高配准精度, 特别是对存在大尺度位移的图像, 并且对随机噪声不敏感.
2008, 34(7): 765-771.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00765
摘要:
本文研究了带有可微时滞项连续系统的稳定性问题. 通过利用时滞项导数的信息, 给出了改进的时滞系统渐近稳定性条件. 与已有的做法不同, 即便是时滞项导数的上界大于等于 1 时这个上界仍可被利用. 文中证明了所得结果比已有结果的保守性小. 同时, 由于涉及较少的决策变量, 计算复杂度也大为降低. 数例进一步说明了所得结果的有效性和少保守性.
本文研究了带有可微时滞项连续系统的稳定性问题. 通过利用时滞项导数的信息, 给出了改进的时滞系统渐近稳定性条件. 与已有的做法不同, 即便是时滞项导数的上界大于等于 1 时这个上界仍可被利用. 文中证明了所得结果比已有结果的保守性小. 同时, 由于涉及较少的决策变量, 计算复杂度也大为降低. 数例进一步说明了所得结果的有效性和少保守性.
2008, 34(7): 772-777.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00772
摘要:
提出一种结构紧凑, 运动灵活, 装配多传感器, 可自主游动的微小型仿生机器鱼系统设计方案. 在仿鲹科加月牙尾模式鱼类运动研究的基础上, 给出了微小型机器鱼推进、转弯等运动的控制方法. 结合运动控制和传感器信息处理, 给出了基于红外传感器的自主避障算法和基于光敏传感器的主动趋光算法, 进而提出了基于这两种传感器信息感知的动态光源跟踪方法. 通过实验, 给出了机器鱼尾部摆动频率、幅度和运动速度之间的关系, 验证了机器鱼追踪动态光源算法, 表明了本文所提系统设计方案和算法的有效性.
提出一种结构紧凑, 运动灵活, 装配多传感器, 可自主游动的微小型仿生机器鱼系统设计方案. 在仿鲹科加月牙尾模式鱼类运动研究的基础上, 给出了微小型机器鱼推进、转弯等运动的控制方法. 结合运动控制和传感器信息处理, 给出了基于红外传感器的自主避障算法和基于光敏传感器的主动趋光算法, 进而提出了基于这两种传感器信息感知的动态光源跟踪方法. 通过实验, 给出了机器鱼尾部摆动频率、幅度和运动速度之间的关系, 验证了机器鱼追踪动态光源算法, 表明了本文所提系统设计方案和算法的有效性.
2008, 34(7): 778-783.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00778
摘要:
研究全地形移动机器人在不平坦地形中轮－地几何接触角的实时估计问题. 本文以带有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象, 抛弃轮－地接触点位于车轮支撑臂延长线上这一假设, 通过定义轮－地几何接触角 δ 来反映轮－地接触点在轮缘上位置的变化和地形不平坦给机器人运动带来的影响, 将机器人看成是一个串－并联多刚体系统, 基于速度闭链理论建立考虑地形不平坦和车轮滑移的机器人运动学模型, 并针对轮－地几何接触角 δ 难以直接测量的问题, 提出一种基于模型的卡尔曼滤波实时估计方法. 利用卡尔曼滤波对机器人内部传感器的测量值进行噪声处理, 基于机器人整体运动学模型对各个轮－地几何接触角进行实时估计, 物理实验数据的处理结果验证了本文方法的有效性, 从而为机器人运动学的精确计算和高质量的导航控制奠定了基础.
研究全地形移动机器人在不平坦地形中轮－地几何接触角的实时估计问题. 本文以带有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象, 抛弃轮－地接触点位于车轮支撑臂延长线上这一假设, 通过定义轮－地几何接触角 δ 来反映轮－地接触点在轮缘上位置的变化和地形不平坦给机器人运动带来的影响, 将机器人看成是一个串－并联多刚体系统, 基于速度闭链理论建立考虑地形不平坦和车轮滑移的机器人运动学模型, 并针对轮－地几何接触角 δ 难以直接测量的问题, 提出一种基于模型的卡尔曼滤波实时估计方法. 利用卡尔曼滤波对机器人内部传感器的测量值进行噪声处理, 基于机器人整体运动学模型对各个轮－地几何接触角进行实时估计, 物理实验数据的处理结果验证了本文方法的有效性, 从而为机器人运动学的精确计算和高质量的导航控制奠定了基础.
2008, 34(7): 784-791.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00784
摘要:
利用一个非负函数 V(x) 提出一个新的输入输出对状态稳定的概念——输入输出对 V(x) 稳定. 基于这一概念并结合系统无源性的结论, 提出了一类非线性切换系统不变集可输出反馈镇定的充分条件. 利用统一 Lyapunov 函数和多 Lyapunov 函数给出了定理的证明. 最后, 详细讨论了输入输出对 V(x) 稳定与输入输出对状态稳定的关系.
利用一个非负函数 V(x) 提出一个新的输入输出对状态稳定的概念——输入输出对 V(x) 稳定. 基于这一概念并结合系统无源性的结论, 提出了一类非线性切换系统不变集可输出反馈镇定的充分条件. 利用统一 Lyapunov 函数和多 Lyapunov 函数给出了定理的证明. 最后, 详细讨论了输入输出对 V(x) 稳定与输入输出对状态稳定的关系.
2008, 34(7): 792-797.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00792
摘要:
针对复杂工业过程中的非线性、非高斯特性以及多工况问题, 提出了一种基于局部模型的在线统计监测新方法. 首先利用局部最小二乘支持向量机回归 (Least square support vector regression, LSSVR) 模型对过程输出进行预测, 与真实的输出相比较构成残差序列. 然后利用 ICA-PCA 两步特征提取策略, 完整地提取残差的高斯和非高斯信息, 最后用三个统计量 (I2、T2 和 SPE) 对过程进行监测, 建立了一种具有非线性、非高斯特性的多工况过程在线监测算法. 通过对 TE (Tennessee Eastman) 过程的仿真研究, 验证提出的方法是可行、有效的, 并显示出了一定的故障检测能力.
针对复杂工业过程中的非线性、非高斯特性以及多工况问题, 提出了一种基于局部模型的在线统计监测新方法. 首先利用局部最小二乘支持向量机回归 (Least square support vector regression, LSSVR) 模型对过程输出进行预测, 与真实的输出相比较构成残差序列. 然后利用 ICA-PCA 两步特征提取策略, 完整地提取残差的高斯和非高斯信息, 最后用三个统计量 (I2、T2 和 SPE) 对过程进行监测, 建立了一种具有非线性、非高斯特性的多工况过程在线监测算法. 通过对 TE (Tennessee Eastman) 过程的仿真研究, 验证提出的方法是可行、有效的, 并显示出了一定的故障检测能力.
2008, 34(7): 798-804.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00798
摘要:
对于具有约束的非线性系统, 提出了一种模型预测控制 (Model predictive control, MPC) 的终端域优化方法. 基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI) 优化和非线性系统的范数有界线性微分包含 (Linear differential inclusion, LDI), 给出了求解非线性 MPC 终端代价函数和局部稳定控制器的一种方法, 在此基础上可方便地得到非线性模型预测控制终端域. 一个具体的数值算例验证了算法的有效性.
对于具有约束的非线性系统, 提出了一种模型预测控制 (Model predictive control, MPC) 的终端域优化方法. 基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI) 优化和非线性系统的范数有界线性微分包含 (Linear differential inclusion, LDI), 给出了求解非线性 MPC 终端代价函数和局部稳定控制器的一种方法, 在此基础上可方便地得到非线性模型预测控制终端域. 一个具体的数值算例验证了算法的有效性.
2008, 34(7): 805-808.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00805
摘要:
利用离散时间轴与迭代轴之间的相似性, 提出了一种新的离散时间自适应迭代学习控制 (AILC) 方法来处理带有时变参数不确定性的非线性系统. 与自适应控制相类似, 所提出的 AILC 是基于投影算法的, 因此学习增益可以沿学习轴迭代地调节. 在随机初始状态和参考轨迹迭代变化的条件下, 所提出的 AILC 仍可沿迭代学习轴渐近地实现有限时间区间上的逐点收敛性.
利用离散时间轴与迭代轴之间的相似性, 提出了一种新的离散时间自适应迭代学习控制 (AILC) 方法来处理带有时变参数不确定性的非线性系统. 与自适应控制相类似, 所提出的 AILC 是基于投影算法的, 因此学习增益可以沿学习轴迭代地调节. 在随机初始状态和参考轨迹迭代变化的条件下, 所提出的 AILC 仍可沿迭代学习轴渐近地实现有限时间区间上的逐点收敛性.
2008, 34(7): 809-813.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00809
摘要:
本文研究了基于第二 FM 模型的两维离散状态滞后系统 H∞ 控制问题. 给出了这类两维系统具有一定 H∞ 扰动抑制度的一个线性矩阵不等式条件, 并通过求解一个凸优化问题得到一个最优 H∞ 控制器. 最后通过一个仿真例子验证所提结果的有效性.
本文研究了基于第二 FM 模型的两维离散状态滞后系统 H∞ 控制问题. 给出了这类两维系统具有一定 H∞ 扰动抑制度的一个线性矩阵不等式条件, 并通过求解一个凸优化问题得到一个最优 H∞ 控制器. 最后通过一个仿真例子验证所提结果的有效性.
2008, 34(7): 814-818.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00814
摘要:
利用主动变采样周期方法, 本文研究了具有时延及丢包的网络控制系统的 H∞ 控制器设计问题, 其中采样周期在一个有限集合内切换. 提出了一个新的线性估计方法以补偿丢包的负面影响, 并利用多目标优化方法设计系统的 H∞ 控制器. 仿真结果表明了主动变采样周期方法及基于线性估计的丢包补偿方法的有效性.
利用主动变采样周期方法, 本文研究了具有时延及丢包的网络控制系统的 H∞ 控制器设计问题, 其中采样周期在一个有限集合内切换. 提出了一个新的线性估计方法以补偿丢包的负面影响, 并利用多目标优化方法设计系统的 H∞ 控制器. 仿真结果表明了主动变采样周期方法及基于线性估计的丢包补偿方法的有效性.
2008, 34(7): 819-822.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00819
摘要:
进化规划中, 个体选择变异策略特别重要. 适应性变异策略因在进化过程中动态选择个体变异策略, 能够取得较好的性能. 传统适应性变异策略都依据个体一步进化效果考察个体适应性, 没有从多步进化效果上对变异策略进行评价. 本文提出一种新的基于 Q 学习的适应性进化规划算法QEP (Q learning based evolutionary programming), 该算法将变异策略看成行动, 考察个体多步进化效果, 并通过计算 Q 函数值, 学习个体最优变异策略. 实验表明, QEP 能够获得好的性能.
进化规划中, 个体选择变异策略特别重要. 适应性变异策略因在进化过程中动态选择个体变异策略, 能够取得较好的性能. 传统适应性变异策略都依据个体一步进化效果考察个体适应性, 没有从多步进化效果上对变异策略进行评价. 本文提出一种新的基于 Q 学习的适应性进化规划算法QEP (Q learning based evolutionary programming), 该算法将变异策略看成行动, 考察个体多步进化效果, 并通过计算 Q 函数值, 学习个体最优变异策略. 实验表明, QEP 能够获得好的性能.
2008, 34(7): 823-827.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00823
摘要:
在标准模糊系统的基础上建立了正规二次多项式和正规三角函数为基函数的两类新模糊系统, 进而提出了以正规三角形函数为基函数的标准模糊系统与所提出模糊系统的比较问题. 通过采用数值分析中的余项与辅助函数方法, 对上述三类模糊系统进行了误差精度的分析, 对所建立的两个新模糊系统首次给出了从单输入单输出到多输入单输出的误差界公式. 同时, 对它们的逼近误差精度进行了比较分析, 指出了三类模糊系统的优劣. 最后, 通过算例验证了上述理论结果的正确性.
在标准模糊系统的基础上建立了正规二次多项式和正规三角函数为基函数的两类新模糊系统, 进而提出了以正规三角形函数为基函数的标准模糊系统与所提出模糊系统的比较问题. 通过采用数值分析中的余项与辅助函数方法, 对上述三类模糊系统进行了误差精度的分析, 对所建立的两个新模糊系统首次给出了从单输入单输出到多输入单输出的误差界公式. 同时, 对它们的逼近误差精度进行了比较分析, 指出了三类模糊系统的优劣. 最后, 通过算例验证了上述理论结果的正确性.
2008, 34(7): 828-832.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00828
摘要:
针对模型不确定性多关节机器人的轨迹跟踪控制问题, 提出一种基于扩张状态观测补偿的关节独立分散鲁棒控制方法. 设计多个并联的扩张状态观测器, 分别对每个独立关节的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿, 采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能. 各个关节的控制完全独立, 因而控制器结构简单、可靠、易于实现. 对所设计的关节分散鲁棒控制器的 Lyapunov 稳定性进行了分析, 证明系统是指数收敛全局一致最终有界稳定的. 对 PUMA560 机械手的大量控制仿真验证了本文方法的有效性.
针对模型不确定性多关节机器人的轨迹跟踪控制问题, 提出一种基于扩张状态观测补偿的关节独立分散鲁棒控制方法. 设计多个并联的扩张状态观测器, 分别对每个独立关节的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿, 采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能. 各个关节的控制完全独立, 因而控制器结构简单、可靠、易于实现. 对所设计的关节分散鲁棒控制器的 Lyapunov 稳定性进行了分析, 证明系统是指数收敛全局一致最终有界稳定的. 对 PUMA560 机械手的大量控制仿真验证了本文方法的有效性.
2008, 34(7): 832-837.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00832
摘要:
当前已有的水印算法多数无法抵抗几何攻击, 而现有抗几何攻击的水印算法大多数只能抵抗一定程度内的几何攻击. 本文提出了一个新的抗几何攻击的图像数字水印算法. 该算法在水印嵌入时, 先对原始图像进行分块, 然后对各个子块图像根据量化策略重复嵌入相应的 1bit 水印信息; 在水印提取时, 先将含水印图像进行分块, 然后对从各个子块图像中提取出的水印信息根据多数原则判定相应子块图像所含的 1bit 水印信息. 该算法简单、快速, 所能嵌入的水印信息量大, 并且在提取水印时无需原始图像. 实验结果表明, 该算法能够有效地抵抗很大程度的几何攻击及其组合攻击, 对常规的图像处理攻击也具有很强的稳健性.
当前已有的水印算法多数无法抵抗几何攻击, 而现有抗几何攻击的水印算法大多数只能抵抗一定程度内的几何攻击. 本文提出了一个新的抗几何攻击的图像数字水印算法. 该算法在水印嵌入时, 先对原始图像进行分块, 然后对各个子块图像根据量化策略重复嵌入相应的 1bit 水印信息; 在水印提取时, 先将含水印图像进行分块, 然后对从各个子块图像中提取出的水印信息根据多数原则判定相应子块图像所含的 1bit 水印信息. 该算法简单、快速, 所能嵌入的水印信息量大, 并且在提取水印时无需原始图像. 实验结果表明, 该算法能够有效地抵抗很大程度的几何攻击及其组合攻击, 对常规的图像处理攻击也具有很强的稳健性.
2008, 34(7): 838-840.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00838
摘要:
提出一种基于形态学的运动车辆阴影消除方法. 该方法不需要彩色、梯度、模型、空间和纹理信息, 只根据前景目标 (包含车辆及其阴影) 的几何形状, 不仅可以有效区分车辆和阴影, 而且可以有效区分相连的车辆. 实验结果表明, 基于形态学的阴影消除方法既具有较高的可靠性, 也具有较好的实时性.
提出一种基于形态学的运动车辆阴影消除方法. 该方法不需要彩色、梯度、模型、空间和纹理信息, 只根据前景目标 (包含车辆及其阴影) 的几何形状, 不仅可以有效区分车辆和阴影, 而且可以有效区分相连的车辆. 实验结果表明, 基于形态学的阴影消除方法既具有较高的可靠性, 也具有较好的实时性.
