2009年 第35卷 第9期
2009, 35(9): 1145-1150.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01145
摘要:
背景减除是低级计算机视觉和视频处理的关键技术之一. 本文提出一种新的背景减除算法, 该算法将局部纹理信息和颜色信息联合起来表示背景, 并借鉴了混合高斯模型的思想, 采用多个模式描述背景模型. 为了更充分地描述纹理信息, 本文改进了LBP (Local binary pattern)算子. 实验结果表明, 本文提出的算法性能在绝大多数情况下优于现有其他算法.
背景减除是低级计算机视觉和视频处理的关键技术之一. 本文提出一种新的背景减除算法, 该算法将局部纹理信息和颜色信息联合起来表示背景, 并借鉴了混合高斯模型的思想, 采用多个模式描述背景模型. 为了更充分地描述纹理信息, 本文改进了LBP (Local binary pattern)算子. 实验结果表明, 本文提出的算法性能在绝大多数情况下优于现有其他算法.
2009, 35(9): 1151-1158.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01151
摘要:
给出了一种新的信号控制干道行程时间实时估计模型. 其建模思路是: 将分析时段分为若干个较短的时间窗, 然后进一步把一个时间窗离散为多个时间间隔. 将干道各交叉口停车线前的车辆是否处于排队定义为干道系统的状态. 在一个时间窗内, 确定每个时间间隔上的干道系统状态, 由此构造出一个无记忆特性的随机过程, 根据离散马尔可夫决策过程理论, 实现了单个时间窗的干道行程时间估计. 在每个时间窗上应用该过程, 实现了干道行程时间的实时估计. 与现有模型相比较, 文中模型的优势体现在: 模型输入是通用的流量和信号配时数据, 模型参数少且容易标定, 模型应用方便、成本低和可移植性强. 最后, 该模型在广州市的某条实际干道上进行了检验.
给出了一种新的信号控制干道行程时间实时估计模型. 其建模思路是: 将分析时段分为若干个较短的时间窗, 然后进一步把一个时间窗离散为多个时间间隔. 将干道各交叉口停车线前的车辆是否处于排队定义为干道系统的状态. 在一个时间窗内, 确定每个时间间隔上的干道系统状态, 由此构造出一个无记忆特性的随机过程, 根据离散马尔可夫决策过程理论, 实现了单个时间窗的干道行程时间估计. 在每个时间窗上应用该过程, 实现了干道行程时间的实时估计. 与现有模型相比较, 文中模型的优势体现在: 模型输入是通用的流量和信号配时数据, 模型参数少且容易标定, 模型应用方便、成本低和可移植性强. 最后, 该模型在广州市的某条实际干道上进行了检验.
2009, 35(9): 1159-1167.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01159
摘要:
针对鱼眼图像高畸变的特点, 提出了一种适合于鱼眼图像的准稠密匹配扩散算法. 该算法采用局部仿射模型来建立图像对应区域之间的变换关系, 并利用这个仿射变换来规范化对应区域, 最后在规范化的区域上进行匹配扩散. 在局部仿射变换的计算中, 采用邻域传递的思路, 边扩散边邻域更新, 使扩散始终在较准确的对应区域内进行. 实验表明, 在大畸变的鱼眼图像下, 本文提出的准稠密扩散算法能够取得比较令人满意的匹配扩散结果.
针对鱼眼图像高畸变的特点, 提出了一种适合于鱼眼图像的准稠密匹配扩散算法. 该算法采用局部仿射模型来建立图像对应区域之间的变换关系, 并利用这个仿射变换来规范化对应区域, 最后在规范化的区域上进行匹配扩散. 在局部仿射变换的计算中, 采用邻域传递的思路, 边扩散边邻域更新, 使扩散始终在较准确的对应区域内进行. 实验表明, 在大畸变的鱼眼图像下, 本文提出的准稠密扩散算法能够取得比较令人满意的匹配扩散结果.
2009, 35(9): 1168-1176.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01168
摘要:
眼底视网膜图像的血管分布情况为高血压、糖尿病等疾病的早期诊断提供了重要依据. 计算机处理眼底图像可以减少医生的重复劳动. 本文提出了一种新的眼底视网膜血管图像分割算法. 利用构建的局部归一化方法消除视网膜血管图像背景的差异性. 利用期望最大化算法进行聚类, 实现了眼底视网膜血管图像分割. 最后, 根据眼底图像成像原理, 通过投影逆变换构建了眼底视网膜图像的三维模型. 构建的模型可以进行多角度观察分析.
眼底视网膜图像的血管分布情况为高血压、糖尿病等疾病的早期诊断提供了重要依据. 计算机处理眼底图像可以减少医生的重复劳动. 本文提出了一种新的眼底视网膜血管图像分割算法. 利用构建的局部归一化方法消除视网膜血管图像背景的差异性. 利用期望最大化算法进行聚类, 实现了眼底视网膜血管图像分割. 最后, 根据眼底图像成像原理, 通过投影逆变换构建了眼底视网膜图像的三维模型. 构建的模型可以进行多角度观察分析.
2009, 35(9): 1177-1184.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01177
摘要:
Inconsistency is a fundamental problem in simultaneous localization and mapping (SLAM). Previous works from predecessors have studied the inconsistent problem of extended Kalman filter (EKF) SLAM algorithm focusing on the linearization errors. In this paper, we studied the inconsistency issue of EKF SLAM in theory based on measurement noise and observation time. In a simplified situation, we deduced some useful theorems of estimated covariance matrix. Then, we made use of them to investigate the inconsistency issue. We showed that the measurement noise and the observation times can drive the EKF SLAM out of consistency. Moreover, we demonstrated the explicit effects of measurement noise and observation times on inconsistency of the EKF SLAM. Our simulation experiments verified the results.
Inconsistency is a fundamental problem in simultaneous localization and mapping (SLAM). Previous works from predecessors have studied the inconsistent problem of extended Kalman filter (EKF) SLAM algorithm focusing on the linearization errors. In this paper, we studied the inconsistency issue of EKF SLAM in theory based on measurement noise and observation time. In a simplified situation, we deduced some useful theorems of estimated covariance matrix. Then, we made use of them to investigate the inconsistency issue. We showed that the measurement noise and the observation times can drive the EKF SLAM out of consistency. Moreover, we demonstrated the explicit effects of measurement noise and observation times on inconsistency of the EKF SLAM. Our simulation experiments verified the results.
2009, 35(9): 1185-1192.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01185
摘要:
针对粒子滤波处理未知环境地图构建时存在存储空间负荷高、计算量大的问题, 本文使用线段特征描述环境信息, 将点线相合的增量式地图构建方法引入粒子滤波中. 在每个粒子中保存对已构建线段特征地图的假设; 使用点线相合的位姿估计算法将观测信息引入重要性函数, 确定采样空间; 通过观测信息与已构建线段特征地图之间的相合关系更新粒子权重; 最后通过选择性重采样去除因匹配不当和误差积累产生的错误地图. 分析表明, 该算法的复杂度较低. 在真实传感器数据上的实验结果验证了该算法构建室内环境地图的有效性和鲁棒性. 算法所需存储空间和粒子数远小于现有粒子滤波地图构建方法.
针对粒子滤波处理未知环境地图构建时存在存储空间负荷高、计算量大的问题, 本文使用线段特征描述环境信息, 将点线相合的增量式地图构建方法引入粒子滤波中. 在每个粒子中保存对已构建线段特征地图的假设; 使用点线相合的位姿估计算法将观测信息引入重要性函数, 确定采样空间; 通过观测信息与已构建线段特征地图之间的相合关系更新粒子权重; 最后通过选择性重采样去除因匹配不当和误差积累产生的错误地图. 分析表明, 该算法的复杂度较低. 在真实传感器数据上的实验结果验证了该算法构建室内环境地图的有效性和鲁棒性. 算法所需存储空间和粒子数远小于现有粒子滤波地图构建方法.
2009, 35(9): 1193-1198.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01193
摘要:
联合因子分析可以有效拟合混合高斯模型中的说话人和信道差异, 在说话人识别中得到广泛应用. 一般情况下, 该算法在对说话人和信道两个载荷矩阵进行联合估计时, 说话人残差矩阵无法发挥作用, 信道载荷矩阵的因子数不能提高. 本文提出说话人载荷矩阵、说话人残差载荷矩阵采用串行的训练模式, 在信道载荷矩阵训练中采用矩阵拼接的方法, 能够有效提高识别率; 在NIST SRE 2008年核心测试数据库的五个部分分别达到等错误率3.3%, 5.1%, 5.0%, 5.3%和5.0%.
联合因子分析可以有效拟合混合高斯模型中的说话人和信道差异, 在说话人识别中得到广泛应用. 一般情况下, 该算法在对说话人和信道两个载荷矩阵进行联合估计时, 说话人残差矩阵无法发挥作用, 信道载荷矩阵的因子数不能提高. 本文提出说话人载荷矩阵、说话人残差载荷矩阵采用串行的训练模式, 在信道载荷矩阵训练中采用矩阵拼接的方法, 能够有效提高识别率; 在NIST SRE 2008年核心测试数据库的五个部分分别达到等错误率3.3%, 5.1%, 5.0%, 5.3%和5.0%.
2009, 35(9): 1199-1208.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01199
摘要:
与字符识别一样, 计算机自动笔迹鉴别是一个涉及到不同文种的研究课题. 本文提出了一种基于网格窗口微结构特征的文本无关的笔迹鉴别方法, 能适用于各种不同文种的笔迹. 该方法对笔迹中局部细微结构的书写变化趋势进行描述, 并采用加权距离度量方法进行笔迹相似性度量. 利用该方法实现了文本无关的多文种笔迹检索系统, 并在实际汉字、英文、藏文和维吾尔文的笔迹库上进行了测试. 实验证明, 该方法是一种高效且适用性较广、限制性较少的笔迹鉴别方法.
与字符识别一样, 计算机自动笔迹鉴别是一个涉及到不同文种的研究课题. 本文提出了一种基于网格窗口微结构特征的文本无关的笔迹鉴别方法, 能适用于各种不同文种的笔迹. 该方法对笔迹中局部细微结构的书写变化趋势进行描述, 并采用加权距离度量方法进行笔迹相似性度量. 利用该方法实现了文本无关的多文种笔迹检索系统, 并在实际汉字、英文、藏文和维吾尔文的笔迹库上进行了测试. 实验证明, 该方法是一种高效且适用性较广、限制性较少的笔迹鉴别方法.
2009, 35(9): 1209-1215.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01209
摘要:
研究了一类Delta算子线性系统具有圆形区域极点配置的非脆弱 H∞滤波器设计问题. 本文的目的是设计滤波器使得滤波误差系统不仅满足给定的圆点极点约束或D稳定约束, 而且从扰动输入到滤波误差的传递函数满足给定的 H∞范数约束. 所设计的滤波器具有乘性的滤波器增益变化, 基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法, 给出具有区域极点配置的Delta算子离散系统非脆弱 H∞滤波器存在的充分条件. 数值仿真例子说明设计方法的有效性以及所提设计方法具有更小的保守性.
研究了一类Delta算子线性系统具有圆形区域极点配置的非脆弱 H∞滤波器设计问题. 本文的目的是设计滤波器使得滤波误差系统不仅满足给定的圆点极点约束或D稳定约束, 而且从扰动输入到滤波误差的传递函数满足给定的 H∞范数约束. 所设计的滤波器具有乘性的滤波器增益变化, 基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法, 给出具有区域极点配置的Delta算子离散系统非脆弱 H∞滤波器存在的充分条件. 数值仿真例子说明设计方法的有效性以及所提设计方法具有更小的保守性.
2009, 35(9): 1216-1225.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01216
摘要:
针对目标以任意轨迹运动且其轨迹可能与``有保证工作空间''不相交的问题, 提出了空间机器人捕获运动目标的协调规划与控制方法. 首先, 根据手眼视觉测量数据, 预测目标的运动路径, 由此确定空间机器人对目标的最优交会姿态及最佳捕获臂型; 其次, 规划基座姿态及机械臂关节角的轨迹; 最后, 采用协调控制的方法, 实现空间机器人系统对运动目标的最优捕获(以最优交会姿态及最佳捕获臂型对目标进行捕获). 仿真结果表明了该方法的有效性.
针对目标以任意轨迹运动且其轨迹可能与``有保证工作空间''不相交的问题, 提出了空间机器人捕获运动目标的协调规划与控制方法. 首先, 根据手眼视觉测量数据, 预测目标的运动路径, 由此确定空间机器人对目标的最优交会姿态及最佳捕获臂型; 其次, 规划基座姿态及机械臂关节角的轨迹; 最后, 采用协调控制的方法, 实现空间机器人系统对运动目标的最优捕获(以最优交会姿态及最佳捕获臂型对目标进行捕获). 仿真结果表明了该方法的有效性.
2009, 35(9): 1226-1230.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01226
摘要:
讨论广义时滞系统的L2-L∞滤波问题. 目的是设计全阶滤波器保证滤波误差系统的时滞依赖指数允许性和给定的L2-L∞性能指标. 通过解线性矩阵不等式获得所需的滤波器. 数值例子表明结果具有较小的保守性.
讨论广义时滞系统的L2-L∞滤波问题. 目的是设计全阶滤波器保证滤波误差系统的时滞依赖指数允许性和给定的L2-L∞性能指标. 通过解线性矩阵不等式获得所需的滤波器. 数值例子表明结果具有较小的保守性.
2009, 35(9): 1230-1234.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01230
摘要:
研究了同时存在传输受限和随机丢包情况下的网络化控制系统的故障检测问题, 给出了残差发生、残差评价和误报率分析的方法. 首先, 基于确定性的系统描述, 本文给出了基于周期系统理论的残差发生方法. 接下来, 在充分利用随机丢包概率特性的基础上, 本文给出了残差评价方法. 最后, 利用切比雪夫不等式, 本文给出了故障检测误报率的计算方法. 仿真结果证实了算法的有效性.
研究了同时存在传输受限和随机丢包情况下的网络化控制系统的故障检测问题, 给出了残差发生、残差评价和误报率分析的方法. 首先, 基于确定性的系统描述, 本文给出了基于周期系统理论的残差发生方法. 接下来, 在充分利用随机丢包概率特性的基础上, 本文给出了残差评价方法. 最后, 利用切比雪夫不等式, 本文给出了故障检测误报率的计算方法. 仿真结果证实了算法的有效性.
2009, 35(9): 1235-1239.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01235
摘要:
研究了离散时滞T-S模糊系统的H无穷控制问题. 首先, T-S模糊系统被转换成等价的切换模糊系统, 基于分段Lyapunov函数, 给出了该系统带有H无穷性能的时滞依赖稳定化控制方法. 所得结论可以用一组线性矩阵不等式表示. 由于考虑了子系统间的相互关系, 因此所得结论较以往结果具有更小的保守性. 最后, 仿真例子说明了所提方法的有效性.
研究了离散时滞T-S模糊系统的H无穷控制问题. 首先, T-S模糊系统被转换成等价的切换模糊系统, 基于分段Lyapunov函数, 给出了该系统带有H无穷性能的时滞依赖稳定化控制方法. 所得结论可以用一组线性矩阵不等式表示. 由于考虑了子系统间的相互关系, 因此所得结论较以往结果具有更小的保守性. 最后, 仿真例子说明了所提方法的有效性.
2009, 35(9): 1240-1244.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01240
摘要:
自适应滤波是语音增强算法中的常用技术, 而算法复杂度与收敛速度是设计各种自适应算法需要首要考虑的问题. 本文提出一种用于片上的语音增强自适应滤波新算法. 该算法分两步实现, 首先, 利用一阶微分麦克风阵列, 获得噪声的实时估计; 其次, 对传统的仿射投影算法(Affine projection algorithm, APA)加以改进, 得到计算误差向量的快速算法, 并根据估计误差动态调整搜索步长以及仿射投影维数, 对带噪语音进行自适应滤波消噪. 在TMS320VC5509 DSP芯片上实现该算法. 实验表明, 算法的自适应滤波过程具有接近递推最小二乘算法(Recursive least squares, RLS)的快速收敛速度, 以及类似最小均方误差算法(Least mean squares, LMS)的低算法复杂度.
自适应滤波是语音增强算法中的常用技术, 而算法复杂度与收敛速度是设计各种自适应算法需要首要考虑的问题. 本文提出一种用于片上的语音增强自适应滤波新算法. 该算法分两步实现, 首先, 利用一阶微分麦克风阵列, 获得噪声的实时估计; 其次, 对传统的仿射投影算法(Affine projection algorithm, APA)加以改进, 得到计算误差向量的快速算法, 并根据估计误差动态调整搜索步长以及仿射投影维数, 对带噪语音进行自适应滤波消噪. 在TMS320VC5509 DSP芯片上实现该算法. 实验表明, 算法的自适应滤波过程具有接近递推最小二乘算法(Recursive least squares, RLS)的快速收敛速度, 以及类似最小均方误差算法(Least mean squares, LMS)的低算法复杂度.
2009, 35(9): 1244-1248.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01244
摘要:
对满足线性增长条件的非线性微分--代数系统, 研究了其输出反馈镇定控制问题. 通过将状态观测器与控制器耦合在一起设计, 构造出一种非初始化的线性高增益状态观测器, 具有良好的鲁棒性. 基于反推设计方法构造出一个线性的动态输出补偿器, 使得整个闭环系统是渐近稳定的. 仿真结果验证了本文所提控制方法的有效性.
对满足线性增长条件的非线性微分--代数系统, 研究了其输出反馈镇定控制问题. 通过将状态观测器与控制器耦合在一起设计, 构造出一种非初始化的线性高增益状态观测器, 具有良好的鲁棒性. 基于反推设计方法构造出一个线性的动态输出补偿器, 使得整个闭环系统是渐近稳定的. 仿真结果验证了本文所提控制方法的有效性.
2009, 35(9): 1249-1253.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01249
摘要:
讨论了线性时变系统和线性时变广义系统的两个基本问题, 得到了两种判定时变系统能控性与能观性的必要条件, 该判定条件只依赖于系统矩阵A(t)和输入矩阵B(t), 不必计算系统的系统状态转移矩阵, 使得判别时变系统能控性与能观性易于实现. 说明了本文结论是线性定常系统相应结论的自然扩展. 对进一步深入研究时变系统和时变广义系统具有实际启发作用.
讨论了线性时变系统和线性时变广义系统的两个基本问题, 得到了两种判定时变系统能控性与能观性的必要条件, 该判定条件只依赖于系统矩阵A(t)和输入矩阵B(t), 不必计算系统的系统状态转移矩阵, 使得判别时变系统能控性与能观性易于实现. 说明了本文结论是线性定常系统相应结论的自然扩展. 对进一步深入研究时变系统和时变广义系统具有实际启发作用.
2009, 35(9): 1253-1256.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2009.01253
摘要:
建立性能稳定的扩散模型一直以来都是各向异性扩散技术研究的关键问题. 尽管许多改进的扩散模型陆续提出, 这些方法仍旧难以有效解决两个核心问题: 梯度阈值和迭代停止时间的确定. 针对以上问题, 本文提出了基于时间变化的鲁棒各向异性扩散模型. 在该模型中, 作者设定高斯尺度因子和梯度阈值随时间单调递减, 这有利于在多个尺度下准确提取边缘和边界特征信息. 此外, 利用逐次迭代信噪比能够有效地确定迭代停止时间, 减少不必要的过量平滑. 为了验证本文模型的有效性, 采用Pinecone灰度图像进行了图像增强平滑处理. 实验结果表明, 本文模型在性能上优于传统扩散模型, 能够有效地消除噪声和保持边缘.
建立性能稳定的扩散模型一直以来都是各向异性扩散技术研究的关键问题. 尽管许多改进的扩散模型陆续提出, 这些方法仍旧难以有效解决两个核心问题: 梯度阈值和迭代停止时间的确定. 针对以上问题, 本文提出了基于时间变化的鲁棒各向异性扩散模型. 在该模型中, 作者设定高斯尺度因子和梯度阈值随时间单调递减, 这有利于在多个尺度下准确提取边缘和边界特征信息. 此外, 利用逐次迭代信噪比能够有效地确定迭代停止时间, 减少不必要的过量平滑. 为了验证本文模型的有效性, 采用Pinecone灰度图像进行了图像增强平滑处理. 实验结果表明, 本文模型在性能上优于传统扩散模型, 能够有效地消除噪声和保持边缘.
