课题基金 / 基金详情

室外复杂视觉条件下的机器人感知与目标识别方法

批准号:
U2013210
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
279.0 万元
负责人:
田建东
学科分类:
机器人学与智能系统
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
田建东

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目将研究以视觉为主且具有复杂室外环境自适应能力的机器人环境感知和目标识别理论、方法及系统。结合机器人视觉嵌入性、移动性和实时性的应用需求,我们创新性地从大气物理和光学成像机理出发,融合多模异构信号(图像、偏振、雷达),重点解决机器人感知中的深度估计、光照及天气变化、动态背景等挑战性问题,在此基础上提出2D图像/3D点云跨模态、弱监督、自适应实时语义分割、目标识别和跟踪算法。本项目研发的新型机器人视觉系统可以主动感知所处的环境,自动判定光照与气象条件并进行相应的图像阴影、反光和雨雪雾去除,将复杂光照和恶劣天气统一解决并屏蔽在算法底层,为后续的机器人场景语义感知、目标识别等算法提供优质数据。从目前的研究现状看,这是一个新的研究思路和系统性的解决方案。为突破现有机器人视觉系统在复杂室外条件下过分依赖数学优化求解以及缺乏物理环境适应能力的瓶颈问题,提供了一种十分有效的理论方法和技术路线。
英文摘要
This project will study the vision-based robot perception and target recognition theories, methods, and system with complex outdoor environment adaptability. Combining the application requirements of robot vision embedding, mobility and real-time, we start from the mechanism of physical optical imaging and adopt a combination of software and hardware to study and solve the challenging problems of robot perception, which are depth estimation, illumination and weather change, dynamic background and so on, from the perspective of fusion of multi-mode heterogeneous signals (image, polarization, radar). On this basis, we propose a 2D image / 3D point cloud cross-modality, weak supervision, adaptive real-time semantic segmentation and target recognition algorithm. The new robot vision system developed by this project can actively perceive the environment, automatically judge the illumination and meteorological conditions, and select the corresponding processing algorithm to shield the scene 3D geometric perception, complex illumination and bad weather at the bottom of the algorithm, which lays the foundation for the subsequent robot scene semantic perception and target recognition algorithm development. From the current research situation, this is a new research idea and systematic solution. It provides a very effective theoretical method and technical route to break through the bottleneck of existing methods which rely too much on mathematical analytic solution, strong ambiguity, poor real-time performance and lack of physical explanation.
本项目的主要研究内容是提出具有复杂室外环境自适应能力的机器人环境感知和目标识别模型与算法,研制出全天候机器人视觉系统并在救援机器人平台进实际测试。项目团队经过四年的努力,超额完成了计划要点。在理论研究方面,提出了复杂光照和恶劣天气图像处理、机器人感知和语义分割、机器人目标识别和实例跟踪相关模型和系列算法,在IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence、IEEE Transactions on image processing、CVPR、ICCV等TOP期刊和会议发表高水平学术论文49篇(第一标注40篇),包括中科院一区论文20篇,CCF A类会议论文22篇,在Springer Nature出版学术专著1部;在系统研制方面,研制出具有复杂室外环境自适应能力的全天候机器人视觉系统,搭建了救援机器人测试验证平台,验证了项目理论成果的有效性,申请/授权国家发明专利10项,PCT美国专利1项;在科研获奖方面,获辽宁省自然科学奖、机器人行业科学引领奖、中国自动化学会自然科学奖等学术奖励5项;在人才培养方面,项目负责人田建东入选中科院特聘核心岗位研究员,获首届辽宁省杰青项目资助(全省10人)以及沈阳市“杰出人才”荣誉称号,项目骨干南京邮电大学范保杰、哈尔滨工业大学(深圳)裴文杰均晋升为正教授,项目培养了博、硕研究生30人;在成果应用方面,项目视觉系统搭载于救援机器人面向中国国际救援队在国家地震紧急救援训练基地进行了应用示范,受到了救援队的高度评价,同时参加了“应急使命·2023”演习,受到了广泛关注。项目视觉系统搭载于大中型无人机装备形成了空地警用无人平台,应用在辽宁、西藏、广东等多地公安系统,受到了一致好评。本项目研发的复杂天候条件下的目标探测方法已经成功应用在了深圳市宝安区多个商业街区的2000余台摄像头以及应用于江苏省多个大桥缺陷检测。项目研制的视觉系统还助力一项国家重点研发计划项目2023年以优秀成绩结题和一项国家重点研发计划项目2024年获批;项目应用成果多次获IEEE Spectrum、新华网、央视、《中国科学报》等媒体的报道。
面向室外复杂光照与气象条件的共融机器人多模感知系统
计算机视觉中自然光照建模及其恒常性计算
室外静态阴影的物理成像特性分析及去除方法研究
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