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专利号: 2021106710911
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:

步骤1、目标区域获取

利用巡逻机器人上的相机采集当前环境图像的RGB图像,将得到的RGB图像转化为灰度图像,计算灰度图像中每个像素点的梯度幅值和方向,然后将灰度图像分割为若干个大小为8*8的cell单元,计算每个cell单元的梯度直方图,按照梯度方向对每个cell单元中的梯度幅值进行分组后,然后以4个cell单元为一个块,对每个块内的梯度幅值进行归一化处理,然后使用滑动扫描窗得到特征向量,将特征向量输入分类器中,实现目标区域和背景区域的分类,然后将目标区域压缩成大小为k*l的ROI区域;

步骤2、隐藏地貌检测

使用可分离卷积替代Unet网络中的解码部分,建立隐藏地貌检测网络,输入步骤1拍摄的RGB图像,隐藏地貌检测网络输出尺寸与输入图像相同的预测图像,通过预测图像得到当前环境的隐藏地貌区域;

步骤3、目标检测器训练

将步骤1得到的ROI区域作为初始的跟踪区域,获取初始帧Tt中的目标样本x=[x0,x1,x2,…,xn‑1],通过循环矩阵对目标样本进行循环位移处理得到训练样本X:对训练样本X中的每个元素xi赋予对应的标签yi,构造训练集(xi,yi),获取误差最小的T

回归函数f(x)=ωx,其中ω为列向量表示权重系数,上标T标识转置;构造误差函数:其中λ为正则化函数;引入映射函数 将ω映射为:其中αi为系数;

引入核函数 得到 利用循环

矩阵的性质和傅里叶变换,得到频域中的最小二乘解,完成目标监测器的训练:‑1

其中, 为α的傅里叶变换,α为系数αi形成的向量,α=(K+λI) y, 为核函数K(xi,xj)中的第一行元素;

根据训练后的目标监测器,求取当前样本图像z的相关性最大结果,得到跟踪结果,实现对ROI区域的跟踪:

其中, 为相关性结果, 为循环矩阵,⊙表示频域像素点乘运算;

步骤4、隐藏动作执行

对步骤2得到的隐藏地貌区域结果进行灰度化处理,并获取巡逻机器人底盘可行驶地貌的像素值proad,设置巡逻机器人的前视距离为lv,并获取对应的图像坐标系中的纵坐标yt,遍历所有纵坐标为yt的像素点,记录像素值为proad的可行驶像素点,然后分别统计位于中垂线左侧和右侧的可隐藏像素点个数lcounts和rcounts,计算偏置误差errtarget:errtarget=(lcounts+rcounts)*0.8   (6)计算巡航像素误差err作为PID控制策略的输入量:err=lcounts‑rcounts‑errtarget   (7)调整比例参数kp和微分参数kd得到输出量output:output=kp*err+kd*(err‑errlast)   (8)将输出量output作为巡逻机器人的角速度控制指令,控制机器人以稳定的线速度沿着隐蔽地貌区域的边界行驶,执行隐藏动作。

2.如权利要求1所述一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:步骤1中使用的分类器为支持向量机。

3.如权利要求1所述一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:步骤1中得到特征向量的具体方法为:采集当前环境图像的RGB图像和深度图像,将得到的RGB图像转化为灰度图像,大小调整为w*h,计算灰度图像中像素点(x,y)的水平梯度与垂直梯度Gx(x,y)、Gy(x,y):其中,I(x,y)为像素点(x,y)的灰度值;然后计算每个像素点的梯度幅值G(x,y)和方向θ(x,y):

其中θ(x,y)∈[0,180];

然后将灰度图像分割为若干个大小为8*8的cell单元,计算每个cell单元的梯度直方图,其中梯度直方图的y轴为梯度幅值,x轴为梯度方向,将x轴以20为间隔单位,分为9个bin,将一个cell单元中每个像素点的梯度幅值分别归入对应的bin中;将4个cell单元作为一个块,对每个块内的梯度幅值进行归一化处理,再使用滑动步长为8个像素点的滑动窗对归一化后的块进行滑动扫描,得到特征向量。

4.如权利要求1所述一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:步骤2建立的隐藏地貌检测网络对输入图像进行4次下采样操作,分别得到4个特征层f1、f2、f3、f4,然后再依次对4个特征层进行上采样与融合处理,最后输出一张尺寸与输入图像相同的预测图像。

5.如权利要求1或4所述一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:下采样操作首先使用3*3的卷积核进行特征提取,然后再使用1*1的卷积核进行通道调整。

6.如权利要求1所述一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:该方法还包括跟踪距离控制步骤,具体为:利用巡逻机器人上的深度相机采集当前环境图像的深度图像,选取步骤1得到的ROI区域中的若干个像素点,根据深度图像对这些像素点的深度信息进行阈值均值滤波处理,获取可疑目标与巡逻机器人间的距离d;巡逻机器人根据与可疑目标间的距离d判断当初所处的状态,并执行对应的动作;具体为:当d∈(0,dlower)为危险状态,执行后退动作;d∈[dlower,dupper]为安全状态,执行隐藏动作;d∈(dlower,dupper)为追赶状态,执行追赶动作。

7.如权利要求1或6所述一种巡逻机器人执行追踪任务时的主动隐藏方法,其特征在于:选取ROI区域中(k/2,l/2)、(k/3,l/3)、(2k/3,l/3)、(k/3,2l/3)、(2k/3,2l/3)这5个像素点的深度信息进行可疑目标与巡逻机器人间距离的计算:其中,dm为第m个点的深度信息,m=1,2...5,0<dm<10。