关键词： 欠驱动无人艇   路径跟踪   自适应控制   神经网络  

摘要： 针对欠驱动无人艇(USV)的航路点路径跟踪问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。设计了一个新的切换型视线(LOS)法制导律,以引导USV始终以最佳LOS圆半径趋向期望路径。与传统制导律相比,切换型LOS法制导律具有运算负载小、收敛速度快的特点。考虑到USV模型的不确定性及环境干扰未知时变性,开发了一种复合神经网络控制器来增强系统鲁棒性。通过在网络输入中增加预测误差信息,以提高网络逼近精度。同时,引入最小学习参数思想优化网络结构,对神经网络的在线自适应参数进行压缩,以减轻网络计算负担,并借助李雅普诺夫理论对系统的稳定性进行了分析。通过对比仿真实验验证了所提出控制策略的有效性。

关键词： 自主潜航器   轨迹跟踪   样条插值   视线导引   模型预测控制  

摘要： 针对AUV轨迹跟踪问题,利用3次样条插值方法将事先确定的航迹点规划成计划路径,利用视线导引法(Line of Sight,LOS),将AUV轨迹跟踪问题转换为航速控制和航迹控制问题,设计了基于增量式状态方程的MPC航向控制算法,实现了AUV轨迹跟踪控制。基于NPS AUV(Naval Postgraduate School,USA,Autonomous Underwater Vehicle)数学模型,设计了轨迹跟踪仿真案例,仿真结果表明,所提出的视线导引法与MPC(Model Predictive Control)结合的控制算法可有效解决AUV水下定深运动的轨迹跟踪控制问题,对AUV自主航行控制系统的开发具有较高的实用价值。

关键词： 视线跟踪   移动设备   人机交互  

摘要： 针对移动设备视线跟踪技术研究现状进行了综述,介绍了视线跟踪技术的发展及移动设备的资源劣势,将移动设备视线跟踪技术分为利用自身集成硬件和使用外接硬件设备两类,并分别进行了说明。最后,总结分析了移动设备视线跟踪存在的问题,并对其未来发展及研究方向进行展望。

关键词： 角膜曲率中心   非线性方程组模型   优化模型   GA-LM算法   鲁棒性  

摘要： 为了高效获取3D视线跟踪技术中的角膜曲率中心,使系统满足实时准确及稳定性需求,本文构建了两类角膜曲率中心模型及其求解方法.首先,利用光学原理及眼球特征建立了两种求解该中心的模型,即非线性方程组模型和改进的模型.其次,针对模型特点构造了一种基于遗传算法与LM算法的新型混合算法(GA-LM),以快速求解所建模型.最后,多组数值实验结果表明本文所建立的模型及GA-LM算法是有效的,其能快速准确求出3D视线跟踪系统中的角膜曲率中心.

关键词： 视线跟踪   Kinect   移动机器人  

摘要： 实现了一个基于Kinect的移动平台人脸视线追踪系统。为了解决人脸识别技术在大多数应用场景中,难以拍摄到待识别对象正面的问题,提出了先跟踪再识别的方法。利用Kinect获取到待识别对象的方位信息,由移动机器人平台搭载人脸视线追踪系统运动到待识别对象的正面,便于人脸识别系统进行进一步识别。是一种提高传统人脸识别正确率的改进方法。

关键词： 管制员   冲突解脱   兴趣区   眼动行为  

摘要： 为了系统性的探究管制员在进行冲突解脱过程中的眼动行为,利用雷达模拟机模拟天津机场在进近过程中的真实管制场景,首先将进行高度穿越的航空器标牌、航向、标牌及航向分别标为兴趣区,探究在进行高度穿越时管制员所主要关注的区域;之后将发生冲突时所有管制员所要关注的区域设为兴趣区,探究冲突相关航空器之间的眼动行为以及冲突相关航空器与其他航空器之间的眼动特征。实验结果表明管制员在指挥飞机时主要通过航空器的标牌信息进行信息获取,在解决冲突的过程中,其注意力不仅仅集中于冲突区域,还会将相当一部分注意力分配到已切四边或五边以及距离冲突区域较近的航空器。

关键词： 最速跟踪微分器   预报补偿   频率特性  

摘要： 本文讨论从被噪声污染的信号中合理提取微分信号的问题,首先分析经典微分器的数学含义及其噪声放大的根本原因,在韩京清教授提出的最速跟踪微分器理论基础上,对其相位延迟进行预报补偿,分析其频率特性,然后仿真分析最速跟踪微分器在求解视线角加速度应用中的效果。

关键词： 欠驱动控制   无人水面艇(USV)   积分视线(ILOS)导引   路径跟踪   级联系统   稳定性证明  

摘要： 路径跟踪控制是无人水面艇(USV)自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇(USV)路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人水面艇的路径跟踪问题,提出了2种改进积分视线(ILOS)导引策略,并基于改进导引策略和反馈控制思想实现了无人水面艇水平面的路径跟踪。与传统ILOS导引策略相比,第1种改进策略具有变积分增益能够避免积分饱和及超调现象;第2种改进策略在前者的基础上将前视距离设计为时变量,使得无人水面艇操纵更加灵活,其中积分增益和前视距离均为垂直距离误差的不同函数,引导无人水面艇灵活快速地跟踪期望路径。基于级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,控制系统为全局k-指数稳定(GKES)的,理论分析和仿真实验证明了算法的有效性和先进性。

关键词： 人机交互   手势识别   视线跟踪  

摘要： 随着社会的发展,人机交互技术在不断发展变化,也一直是人们研究的热点。键盘、鼠标、触摸屏、语音交互等每项人机交互技术的突破,都会给人们的生活带来巨大的改变。结合传统的鼠标和触摸技术的特点,本论文研究基于单目摄像头的视线跟踪与手势识别的人机交互技术。该技术具有更加自然、直观和低成本的优点,对于实现更符合人们操作习惯的人机交互有着重要意义,适用于普通的笔记本电脑、手机、平板电脑、智能电视等各类智能终端。为了适应各种复杂的应用场景,课题必须解决一些挑战性的关键问题,如复杂背景的干扰、视线的确定、深度信息的缺乏和人手的高自由度等。为此,本文提出相应的图像处理技术获取人眼和手势信息,并利用空间定位自适应算法实现视线定位,最后通过判别手势类型让计算机实现不同操作。在这些算法的基础上,本文实现了一个基于单目视觉的视线-指尖交互系统。本论文主要内容如下:(1)人眼检测和手势识别算法。人眼检测采用基于Haar特征的人脸和人眼检测分类器,该分类器实现简单快速且准确率高。手势识别分为手势分割模块和手势识别模块。在手势分割中,采用基于YCbCr颜色空间的自适应动态肤色分割和基于动态背景建模的背景差分法相结合,可以实现对肤色和背景模型的实时更新,这种方式能在复杂背景中提取目标。为了排除手臂的干扰,对分割的手势区域采用基于距离变换和掌心圆切割的手臂去除算法获取更加准确的手形。在此基础上,结合基于凸包算法的指尖检测和基于Hu矩特征的模版匹配法实现静态手势识别。(2)通过图像处理技术获取人眼和指尖信息的基础上,采用空间定位算法实现视线-指尖定位。视线-指尖定位主要是根据图片中人眼和手势的位置关系以及其在空间中的位置关系,推导出人眼与指尖的连线与屏幕的交点。由于本系统采用的是低成本的单目摄像头,这会带来的问题是难以准确获取深度信息,将导致光标定位误差。为此本文提出一种光标自适应修正算法,可以不断实时修正深度信息,以实现更加准确的光标定位。实验表明光标自适应修正算法能明显提高光标定位的准确性。(3)基于上述两大模块,本文设计了适用于电脑的基于单目视觉的视线-指尖交互系统。在不断优化交互模式和算法流程下,本系统通过组合不同手势控制计算机,实现了光标定位、光标移动、单击、双击和放大缩小操作。实验表明,该系统能成功实现上述人机交互方式,让用户获得更好的交互体验。

关键词： 视线跟踪   立体视觉   3D眼睛模型   注视点估计  

摘要： 自由空间注视点空间坐标估计是视线跟踪方法的高级应用形式,将其应用于自由空间被注视物体尺寸测量是视线跟踪理论的重要研究方向。根据使用视线跟踪技术实现自由空间注视点空间坐标估计的实际问题,结合当前视线跟踪方法研究现状,本文研究的关键理论与科学问题为:(1)提高双眼视线估计精度;(2)实现无场景信息辅助的注视点空间坐标估计。为此,本文重点研究视线估计及注视点空间坐标估计理论与技术,提出了基于简化3D眼睛模型的视线估计方法和基于注视点深度信息预测的自由空间注视点空间坐标估计方法。论文详细分析了当前基于3D几何模型的视线估计方法中的两类方法:基于3D眼睛模型的方法和基于虹膜/瞳孔轮廓的方法,分析两类方法的几何模型结构和光轴/视轴直线计算方法,并对光轴/视轴计算的计算误差进行了深入分析。基于对已有方法的分析,本文对自由空间视线估计和注视点空间坐标估计方法的理论模型、视轴计算方法、自由空间注视点空间坐标估计等方面分别展开研究,提出了两项用于自由空间注视点空间坐标估计的理论方法和一种基于立体视觉的视线跟踪系统的系统标定方法。本文包含的主要研究成果如下:(1)本文提出了一种基于简化3D眼睛模型的视线估计方法。该方法保留了3D眼睛模型中的瞳孔中心、眼球中心、内眼角点与视轴与光轴间夹角作为眼睛特征来计算视轴空间直线。该方法能够输出具有较高精度的双眼空间视轴直线参数,观察放置于2m远的标定板时的视线方向估计平均误差和均方根误差为0.98°±0.45°。(2)提出一种融合瞳距中点与注视点矢量和高斯过程回归算法的注视点深度信息映射的注视点空间坐标估计方法。该方法使用高斯过程回归算法建立注视点深度信息与双眼瞳孔中心空间坐标、视轴空间直线参数之间的映射模型,并通过使用个人校准步骤中的注视点深度信息数据来降低实际使用时的注视点深度估计误差。使用本文提出的自由空间注视点估计方法观察不同距离下的标定板时,注视点坐标估计结果较使用双眼视轴公垂线中点方法时有了很大的改善,2m内的注视点空间坐标估计的平均误差和均方根误差为15.41±11.78 cm。本文还使用方形实物来测试该注视点空间坐标估计方法在实际场景中的使用效果。(3)为实现本文提出的上述两种主要方法,本文建立了一种基于立体视觉的视线跟踪系统模型,并针对该模型提出了系统标定方法和立体视觉摄像机图像中瞳孔轮廓的提取算法。