煤礦井下視覺定位與導航系統(tǒng)：理論、方法及應用

第1章概述11.1煤礦智能化建設亟待突破井下定位與導航技術11.2井下視覺定位與導航面臨的挑戰(zhàn)31.2.1智能掘進對定位精度要求高41.2.2煤礦井下環(huán)境對視覺定位精度影響大71.2.3井下定位與導航基礎理論研究不足81.3視覺定位與導航的幾個基本問題111.3.1煤礦井下圖像增強技術111.3.2煤礦井下掘進機動態(tài)定位技術121.3.3基于視覺測量的動態(tài)目標位姿檢測技術151.3.4視覺成像系統(tǒng)建模與標定技術181.3.5運動模糊建模與圖像復原技術201.4本書內(nèi)容安排23第2章礦用防爆相機成像建模與標定技術242.1礦用相機雙層平面玻璃折射成像建模與標定242.1.1礦用相機平面折射成像建模242.1.2礦用相機平面折射標定272.2礦用相機球形玻璃折射建模與標定292.2.1礦用相機球形折射建模292.2.2礦用相機球形折射標定312.3礦用相機折射標定的結果驗證332.3.1礦用平面玻璃折射標定結果驗證332.3.2礦用球面玻璃折射標定結果驗證372.4小結42第3章井下特殊環(huán)境下退化圖像的清晰化重構技術433.1煤礦井下圖像退化特性分析與預處理技術433.1.1煤礦井下工作面霧塵退化圖像成像特性433.1.2工作面粉塵濃度自適應圖像特征提取技術443.1.3煤礦井下工作面低照度視頻增強技術473.2礦用相機振動模糊建模與去模糊研究543.2.1透視相機的均勻模糊建模及去模糊543.2.2礦用相機模糊建模與去模糊研究563.2.3礦用相機采集的紅外LED圖像去模糊驗證663.2.4礦用相機采集的紅外激光束圖像去模糊驗證683.3小結71第4章基于單目視覺的煤礦井下掘進機精確定位與導航系統(tǒng)724.1激光點-線特征合作標靶的煤礦井下掘進機單目視覺定位系統(tǒng)724.2懸臂式掘進機全位姿視覺定位系統(tǒng)統(tǒng)一描述764.2.1懸臂式掘進機全位姿定位坐標系統(tǒng)764.2.2懸臂式掘進機視覺測量坐標系及運動學解算784.3煤礦井下設備位姿視覺檢測系統(tǒng)誤差分析及對策804.4視覺測量系統(tǒng)的自動建站移站方法814.5基于井下視覺定位數(shù)據(jù)的掘進機自主導航方法854.5.1懸臂式掘進機自主導航掘進控制方案854.5.2懸臂式掘進機定向掘進運動控制方法864.5.3懸臂式掘進機定向掘進控制器設計894.5.4掘進機定向掘進控制實驗934.6小結95第5章基于平行激光束的懸臂式掘進機全局動態(tài)定位技術965.1基于平行激光束的懸臂掘進機機身全局位姿測量方法965.1.1適用于煤礦井下環(huán)境的激光束標靶特征提取與定位965.1.2基于2P3L的激光標靶空間點三維坐標解算模型1005.1.3基于對偶四元數(shù)的激光標靶位姿解算方法1035.1.4掘進工作面懸臂式掘進機機身全局定位1055.2基于視覺測量的機身位姿測量誤差模型1065.2.1激光光斑中心定位誤差1065.2.2激光束中心線定位誤差1075.2.3激光束標靶幾何誤差1105.3基于激光線特征的機身全局位姿測量方法驗證1115.3.1激光束提取與定位算法的環(huán)境適應性驗證1115.3.2激光標靶尺寸及距離對機身位姿視覺測量的影響1135.4小結118第6章基于三激光束的掘進機機身位姿測量技術1196.1懸臂式掘進機機身位姿視覺測量系統(tǒng)1196.2激光束標靶圖像分割與特征提取1206.2.1三激光束標靶圖像特性1206.2.2三激光束標靶圖像分割與特征提取1216.2.3基于RCEAUNet三激光束標靶圖像語義分割模型1266.3三點三線透視投影位姿測量模型1386.4懸臂式掘進機機身位姿視覺測量系統(tǒng)精度分析1426.5懸臂式掘進機機身位姿視覺測量精度測試1436.6小結148第7章基于多點紅外LED的懸臂式掘進機局部動態(tài)定位技術1497.1基于多點紅外LED的懸臂式掘進機截割頭動態(tài)定位方法1497.1.1紅外LED標靶特征點提取與光斑定位1497.1.2基于共面特征點的截割頭位姿視覺測量1527.1.3懸臂式掘進機截割頭局部定位1557.2基于視覺測量的截割頭位姿測量誤差模型1597.2.1紅外LED特征點中心定位誤差1607.2.2相機外部參數(shù)標定誤差1617.2.3紅外標靶特征點非共面性誤差1627.3截割頭位姿視覺測量精度與穩(wěn)定性測試1637.3.1截割頭位姿視覺測量算法精度驗證1637.3.2截割頭視覺定位誤差數(shù)值仿真1657.3.3紅外LED光斑中心定位的環(huán)境適應性1657.4小結167第8章掘進機位姿視覺測量系統(tǒng)性能測試與工程應用1688.1懸臂式掘進機位姿視覺測量系統(tǒng)實驗平臺1688.2懸臂式掘進機位姿視覺測量系統(tǒng)精度測試1708.2.1懸臂式掘進機截割頭位姿視覺測量精度測試1708.2.2懸臂式掘進機機身位姿視覺測量精度測試1758.3煤礦井下掘進機位姿視覺測量工程應用1798.3.1掘錨一體機機身位姿視覺測量應用1798.3.2懸臂式掘進機機身位姿視覺測量應用1798.4小結183第9章基于雙目視覺的懸臂式掘進機位姿測量方法1849.1懸臂式掘進機雙目視覺機身位姿測量方案1849.1.1雙目視覺測量原理1849.1.2懸臂式掘進機雙目視覺位姿測量方案1859.2基于紅外LED標靶的懸臂式掘進機雙目視覺定位1869.2.1基于紅外LED的特征點提取與環(huán)形匹配策略1869.2.2基于幀間特征的雙目視覺運動估計方法1909.2.3雙紅外標靶交叉移動的連續(xù)測量方法1929.3實驗驗證1939.4小結197第10章基于非合作標靶的井下視覺動態(tài)定位技術19810.1基于非合作標靶的井下視覺動態(tài)定位技術機理19810.2基于單目視覺的非合作標靶定位技術20010.2.1技術方案20010.2.2技術實現(xiàn)20010.2.3實驗驗證20410.3基于RGBD的非合作標靶定位技術20610.3.1技術方案20610.3.2技術實現(xiàn)20610.3.3實驗驗證21810.4本章小結221參考文獻222