基于端到端学习的道路配准与匹配算法及其在非GPS无人机定位中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61803084
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0307.导航、制导与控制
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Registration and matching of road landmarks with aerial images are the critical techniques to achieve accurate UAV (Unmanned Aircraft Vehicle) localization in GPS-denied urban environments. Designing high-precision road registration and matching algorithms can help UAV more accurately estimate its PVA(Position, Velocity and Altitude)state, which are expected to promote UVA technology to more GPS-denied scenarios. Based on the fact that the traditional multi-stage road recognition algorithms using hand-crafted features suffer from low precision, low computing efficiency and low noise resistance, this research project proposes a novel end-to-end-learning framework for road registration and matching, aiming to build the mapping directly from the input space to the output space. From the aspects of theory, the cross-domain deep feature embedding between binary road images and gray aerial images, high-precision road registration based on saliency map and geometric consistency, as well as road matching based on spatial feature transformation are intended to systematically studied. Finally, a simulation platform will be built to test the precision and efficiency of the road landmark-based UAV localization algorithm. This research project is intended to provide a novel technical approach for GPS-denied UAV localization. In addition, we quantitatively establish the relationship between road matching accuracy and UAV flight height, which provide the theory basis and guidance for using the vector road map data more efficiency in future.
道路航标与航拍图像之间的配准与匹配是实现GPS不可用环境下无人机自主定位的关键技术,建立高精度道路航标配准与匹配算法有助于精确解算无人机位姿状态,从而有望将无人机技术推广到更多GPS不可用的应用场景。本课题针对传统基于手工设计特征的多级联道路识别算法存在鲁棒性差、精度低、时效性差等诸多不足,本课题提出基于端到端学习的道路航标配准与匹配新方案,力图采用深度学习技术直接建立从输入空间到决策空间的映射关系, 从理论方面对跨域深度特征表达、融合视觉显著性与几何一致性检测的道路航标配准、以及基于特征空间变换的道路航标匹配技术进行研究,最后通过构建实验平台验证基于道路航标匹配的无人机定位算法的精度及效率。本课题的研究将为无人机定位中的道路航标配准与匹配研究提供新思路、新方法。另外,本课题对道路航标匹配精度与飞行高度之间的相关性进行定量分析,为未来更高效地使用矢量道路地图数据辅助无人机定位提供理论依据。

结项摘要

本项目,以非GPS环境下无人飞行系统的自主定位为背景,采用深度学习技术,深入研究了基于端到端学习的道路航标配准与匹配理论技术,主要研究成果有:. (1)针对无人系统机载计算机计算能力及存储空间有限等问题,采用可分离卷积,构建了一种轻量级双通道卷积神经网络结构,实现了高效的跨域特征表达,在航标匹配任务上取得了优于现有算法的匹配精度。. (2)受传统基于特征点匹配的图像配准算法启发,通过构建匹配层衡量深度特征点间的相似度,并设计双分支注意力模块筛选有效匹配对,提出一种高效的道路航标配准算法,有效解决了大尺度旋转、平移下的道路航拍配准问题。. (3)针对航拍图像中通常存在大量运动目标,容易导致航标匹配及配准精度下降等问题,创新性的从图像修复角度出发,提出一种由粗到精的动静场景翻译模型,有效提升了复杂动态环境下无人系统的定位精度。. 本项目所研究的新颖的道路航标配准及匹配算法,可有效增强GPS不可用环境下无人系统的自主定位导航能力,为无人飞行系统的视觉导航提供了新的理论基础和技术参考。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
面向防疫的智能导诊机器人关键技术及应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    智能科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王腾;潘晶;董璐;孙长银
  • 通讯作者:
    孙长银
A Coarse-to-Fine Approach for Dynamic-to-Static Image Translation
动态到静态图像转换的粗到精方法
  • DOI:
    10.1016/j.patcog.2021.108373
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Pattern Recognition
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Teng Wang;Lin Wu;Changyin Sun
  • 通讯作者:
    Changyin Sun
Attention-based face alignment: A solution to speed/accuracy trade-off
基于注意力的人脸对齐:速度/准确性权衡的解决方案
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2020.03.023
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Wang Teng;Tong Xinjie;Cai Wenzhe
  • 通讯作者:
    Cai Wenzhe
Aerial-DEM geolocalization for GPS-denied UAS navigation
用于 GPS 拒绝的 UAS 导航的空中 DEM 地理定位
  • DOI:
    10.1007/s00138-019-01052-6
  • 发表时间:
    2020-01-07
  • 期刊:
    MACHINE VISION AND APPLICATIONS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Wang, Teng;Somani, Arun K.
  • 通讯作者:
    Somani, Arun K.
Multi-Modal Visual Place Recognition in Dynamics-Invariant Perception Space
动态不变感知空间中的多模态视觉位置识别
  • DOI:
    10.1109/lsp.2021.3123907
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    IEEE Signal Processing Letters
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Lin Wu;Teng Wang;Changyin Sun
  • 通讯作者:
    Changyin Sun

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其他文献

Zero dissipation limit to rarefaction wave with vacuum for one-dimensional full compressible Navier-Stokes equations
一维全可压缩纳维-斯托克斯方程真空稀疏波的零耗散极限
  • DOI:
    10.4310/cms.2014.v12.n6.a6
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Commun. Math. Sci.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李明杰;王腾
  • 通讯作者:
    王腾
心肌梗死后抑郁大鼠心室肌细胞L型钙电流的动力学改变
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    武汉大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王腾;向晋涛;黄鹤;杨波
  • 通讯作者:
    杨波
2017年秋季南奥克尼群岛海域南极大磷虾垂直分布与光照及垂向温盐关系
  • DOI:
    10.13233/j.cnki.mar.fish.2019.02.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    海洋渔业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡士国;许柳雄;王腾;唐浩;周成;朱国平
  • 通讯作者:
    朱国平
南极磷虾生物量估算方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水产学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许柳雄;王腾;朱国平;童剑锋
  • 通讯作者:
    童剑锋
夏季东海东北部营养盐的分布变化特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    海 洋 与 湖 沼
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘雅丽;高磊;陈炜清;王腾;李道季
  • 通讯作者:
    李道季

其他文献

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王腾的其他基金

复杂动态环境下基于拓扑记忆增强型深度强化学习的室内机器人导航
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目
复杂动态环境下基于拓扑记忆增强型深度强化学习的室内机器人导航
  • 批准号:
    62273093
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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