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关键词： 嵌入式系统   动作采集   姿态融合   动作轨迹识别   并行DTW  

摘要： 人体动作轨迹的采集和识别是近年来的研究热点。人体动作采集可以应用在安全、医疗、通信和动画等领域。近年来,随着机器人技术的发展,动作采集技术也与机器人领域相结合,本文中的人体轨迹采集系统就是为类人机器人平台提供一种人机交互方式。人体动作采集现阶段主要是基于光学系统或基于MEMS传感器的,本文采用的是基于MEMS惯性传感器的方式。而在动作识别方面,有研究者从动态动作图像中提取动作特征进行手势识别,然而由于人体动作的多样性、复杂性或光学遮挡等,这种基于二维图像的动态动作识别存在一些局限。本文中的人体动作轨迹识别系统,利用手势动作的三维空间轨迹进行动作识别,三维空间中的信息更加全面,使得轨迹识别具有更好的鲁棒性。同时,本文将上述两个系统在同一个嵌入式平台上实现,实时完成动作采集与识别。基于嵌入式平台的实现使得动作采集和识别系统具有更广泛的应用场景。首先,本文结合动作采集系统的具体需求,对动作采集系统中的误差进行分析。提出了九轴传感器的误差处理方法,降低误差对姿态解算结果的影响。其次,为了更好地显示及存储人体动作,介绍了将原始关节位姿信息转换为BVH运动文件格式的方法。介绍了本系统显示BVH运动文件的方法。再次,针对动作轨迹识别,提出了一种轨迹分段的方法,该轨迹分段算法可以快速地将原始轨迹分为小段轨迹。介绍了轨迹的特征描述符的计算方法,特征描述符对局部噪声具有鲁棒性。然后,为了在嵌入式系统上实现更快的在线识别速度,提出了一种基于并行前置算法的并行DTW算法。最后,介绍了系统的硬件和软件,并对系统在实际环境下进行了实验。实验结果表明所设计的系统达到了最初设定的实时性和识别准确率的要求。

关键词： 气液固三相流   现场可编程门阵列   电容层析成像   电磁层析成像   数字相敏解调   磁导率   嵌入式系统  

摘要： 气液固三相流化床在石油、化工、制药、环保等领域中应用广泛,准确地提取相含率、流速等流动参数,对于安全、高效生产具有重要意义。由于多相流流动特性复杂,现有检测方法实时性难以满足气液固三相流检测要求。电学层析成像具有非侵入、无辐射、响应速度快和可视化等优点,在气液固三相流参数检测中具有明显优势;融合两个或多个模态的电学成像方法有望解决气液固三相各相含率分布的在线检测问题。本文针对气液固三相流参数检测的需求,研究快速电/磁层析成像系统设计,主要工作如下:1、提出具有扩展动态范围的多频数字相敏解调方法,并设计了验证电路。实验结果表明,在不增加可变增益环节的前提下,数字解调电路的动态测量范围可扩展至原水平的4倍以上,且最大误差低于4.8%。2、为测量颗粒/粉体材料的的磁导率,设计了4抽头螺线管传感器,并提出基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays,FPGA)的数字化测量系统。对于颗粒/粉体材料,本测量系统不需将材料预制为特定机械结构/形状,可直接测量,具有使用便捷、频带范围宽、数据重复性好等特点;同时,可作为电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)的预标定组件,对于准确测量高磁导率/电导率固相颗粒/粉体材料的含率具有现实意义。3、设计并测试了基于多FPGA结构的并行电/磁层析成像系统,可直接在前端传感器电路完成数模转换,减少模拟信号处理电路规模,提高整体信噪比;系统集成多模态的激励信号源,适时切换适合ECT/ERT/EMT传感器激励信号;以Micro Blaze微处理器作为电学成像系统控制器,通过读取EEPROM/FLASH内的配置数据,可实现不同的激励测量策略。初步测试表明,该系统具备良好的扩展性,可适应不同模态、不同通道数的电学成像传感器的测量需求,系统信噪比可达到60 d B以上,且具有良好的重复性。4、此外,研究了基于脉宽调制方法的EMT激励信号源,通过电路仿真评估其性能,并给出硬件设计方案,可满足大口径EMT传感器大电流激励的需求。最后,总结了本文的主要工作,并对系统的改进提出了意见。

关键词： 超细缝合线   CCD   AD9822   嵌入式系统   改进的自适应GPC算法  

摘要： 随着我国医疗行业的发展和科技水平的提高,超细医用可吸收缝合线的市场规模在逐渐扩大,但国产化率却有待提高。胶原蛋白-壳聚糖超细医用可吸收缝合线具有组织排斥性小,疤痕小等良好的生物性能,广泛应用在创伤缝合和美容整形行业。但以胶原蛋白、壳聚糖的混合液为原材料制备超细缝合线的成形工艺复杂,成品缝合线存在线径不均的问题,故设计线径在线测量和闭环控制系统是保证超细缝合线成品率的关键。传统控制系统的线径检测速度慢、精度低,且控制算法在线辨识系统参数耗时长,自适应性差,导致闭环控制周期长,控制效果差,传统解决办法是降低纺丝的盘卷速度,但导致生产效率的降低。本课题研究一种基于DMA与改进的自适应GPC算法的快速测量与高精度控制技术,提高在线测量的速度和精度,提升控制算法的自适应性和控制效果,保证超细缝合线直径的均匀性,并提高生产效率。胶原蛋白-壳聚糖超细缝合线线径控制系统由线径快速测量系统、线径控制系统和喷丝装置三部分组成。线径快速测量系统通过设计的超细缝合线成像模块完成待测缝合线的成像;采用可编程逻辑器件EPM240T100C5N驱动线阵CCD传感器TCD1209D和14位CCD信号处理器AD9822,完成图像数据的采集;由核心嵌入式系统STM32F103ZET6读取图像数据,并完成基于拟合曲线微分法的线径值计算,实现超细缝合线直径的在线测量,并提高检测速度和精度。线径闭环控制系统的核心基于嵌入式系统STM32F103ZET6,设计了一种以直流伺服电机驱单轴动双液压缸反向运动的喷丝装置,将在线测量的线径检测值做为反馈输入,经过改进的自适应GPC算法计算最优控制量,由片内DAC输出调节喷丝速度控制缝合线初生态丝直径,然后经过一系列参数恒定的工艺流程后得到直径和设定的线径值相同的成品超细缝合线,实现超细可吸收缝合线成型过程中直径的精确闭环控制。采用本课题所设计的快速测量与高精度控制技术,不仅实现了对胶原蛋白-壳聚糖超细医用可吸收缝合线直径的在线非接触测量和闭环控制,同时提高了在线测量精度和控制效果,在保证成品缝合线直径均匀的前提下,提高生产效率。本论文将增加超细缝合线的经济效益,提高该领域的科研水平,并将加快此类缝合线的推广应用。

关键词： 滑模控制   自适应控制   混沌加密   嵌入式系统  

摘要： 随着科技的进步,嵌入式系统的应用领域愈加普及,以STM32作为主控制器的无线通信设备也越来越多。在多个领域无线通信逐渐替代有线通信,成为发展最迅猛,前景被人们最看好的领域之一。但由于无线网络的开放式特性,给无线通信的安全埋下了信息隐患。随着人们对个人隐私的不断重视,信息在传输过程中的保密性已经成为一个热门的研究话题,如何确保信息在无线传输路径中的安全性已经成为一个急需解决的问题。目前经典的密码学己被广泛深入地学习,许多破解密文恢复明文的方法已被公布,人们试图寻找一种新的保密通信机制更好地解决通信安全问题。混沌系统具有的一些动力学特性和传统密码系统的某些安全特征相对应,而传统密码系统的良好混合性又暗示着混沌现象。针对上述问题,本课题应用混沌同步控制理论在嵌入式无线通信系统中对信息进行加解密处理。本文的具体研究工作如下:1.通过介绍混沌学与混沌同步的各阶段发展的成果,对混沌学与混沌同步的国内外研究近况进行综合论述。同时给出了混沌的定义、基本特性及常用的判别方法,对混沌同步的基本概念、常见类型及衡量混沌同步的特性指标进行详细说明。2.以两个具有模型不确定性、参数不确定性以及外部扰动的混沌系统作为研究对象,改进传统的终端滑模面,设计新的有限时间滑模控制律来实现系统的同步。以参数切换统一混沌系统为研究对象,由Chen系统的状态变量来构造扰动项,设计精简的自适应控制器,实现响应系统与参数切换的混沌驱动系统快速的同步。3.在基于混沌同步的图像保密通信中,应用像素位置置换法与像素代替相结合的方法对图片信息进行加解密处理,并从灰度直方图、相邻像素相关性、密钥的敏感性及其空间的大小三方面对加密后图片进行安全性分析。4.设计基于STM32的硬件无线传输系统,对系统的发送端和接收端进行功能设计,采用软件方式将混沌加密应用在图片传输中,提高通信的保密性和抗破译能力。

关键词： 嵌入式系统   ESTC2019   CCF   学术会议  

摘要： 第17届CCF全国嵌入式系统大会(CCF ESTC 2019)将于2019年9月20日至22日在陕西西安举行。本届会议由中国计算机学会(CCF)主办,CCF嵌入式系统专业委员会与西安电子科技大学联合承办。本届学术会议旨在加强从事嵌入式系统研究领域国内外学者之间的联系与交流,了解相关国际发展动态和研究热点,促进我国多学科交叉融合与嵌入式系统产业的发展。会议将邀

关键词： 视觉导航   图像处理   算法规划   嵌入式系统   系统移植  

摘要： 再生稻种植历史悠久,具有省时省工、增产增收等优势。在不同历史时期受到不同因素的制约使其在1700多年的历史中都没有能形成一种普遍的耕作制度。2016年中国农业部提出因地制宜发展再生稻,为再生稻种植带来新的契机,但农业机械化发展与再生稻头季机收碾压之间的矛盾也愈加尖锐。为此,本文在适用于再生稻机收的收割机上开展视觉导航规避稻桩技术研究,降低稻桩碾压率。主要内容如下: (1)设计了一种适用于区域特征点提取的算法。采集收割后的稻桩作为样本图像,经过预处理后,利用三次均值滤波模糊散落在稻桩周围的秸秆;分析在HSI颜色空间中稻桩图像特征选择S分量作为分割对象实现图像中阴影区域分离;采用加权法实现稻桩图像灰度化并利用二值分割实现稻桩区域提取;分析稻桩区域的特征后设计一种稻桩特征点提取算法,并通过多幅稻桩图像验证了算法的有效性。 (2)设计了一种适用于特征点分行的算法。通过分析稻桩特征点分布特征,结合秧苗栽插株行距规律,设计了一种基于最小欧氏距离和相对位置坐标差的多行特征点的分行算法;试验表明该算法不仅适用于多行特征点分行,而且在行线倾斜、特征点缺失的情况下仍然能实现准确分行;通过分析比较多种直线拟合算法,发现基于噪声点的最小二乘法可以更准确地拟合出稻桩行中心线;考虑到视觉导航过程中图像处理实时性的要求,在满足行线提取准确度的情况下简化了图像处理流程。 (3)通过分析再生稻收割机技术参数和行走轨迹偏移类型,选择使用轨迹偏角和轨迹偏移率描述车辆在行间行走时的姿态,并完成了参数安全阈值的推导、计算;针对传统收割路径规划中田角处采用多次斜插收割方式的缺点,设计了一种适用于视觉导航收割的路径规划方案,并对边缘转向轨迹进行了分析、计算。 (4)研制了再生稻收割机视觉导航系统并进行试验。根据收割机行走轨迹控制方案,完成视觉导航硬件系统搭建及视觉导航算法的嵌入式移植,并将导航系统在收割机上固定安装;通过路面模拟稻桩行收割环境对收割机轨迹偏角和轨迹偏移率进行了静态试验,并分析得到导航系统计算轨迹偏角和轨迹偏移率的误差。

关键词： 密码技术   实验室  

摘要： 密码是保障网络安全的核心技术和基础支撑,在维护国家安全、促进经济社会发展、保护人民群众利益中发挥着不可替代的重要作用。"云物移大智"的蓬勃发展,5G、智慧城市、互联网+政务服务的全力推进,离不开用密码技术来保障网络安全、保护数据安全、保证网上诚信。实现网络安全需要密码学与其他学科深入合作,需要密码产业与其他产业的深度融合,需要产学研管用的真诚协作,更需要全社会共同传播密码知识与政策、研究密码应用技术、推进密码应用方案。

关键词： 机器视觉   流量统计   行人检测与跟踪   深度学习   嵌入式系统  

摘要： 随着计算机视觉领域的不断突破,智能监控得到了飞速发展。近些年边缘计算概念提出和硬件性能的提升,在本地处理数据的需求及能力与日俱增。本文针对嵌入式平台下机器视觉算法准确率较低、实时性差等问题,开展了行人流量统计相关技术研究。首先,进行了基于机器视觉的行人流量统计嵌入式系统总体设计。在分析了系统需求和应用场景之后,设计了系统的总体架构,采用“行人检测-行人跟踪-行人计数”的算法流程,并搭建了系统软硬件平台。然后,研究了行人流量统计嵌入式系统的行人检测算法。优选了SSD深度学习检测框架,考虑到行人目标的特殊性,改进了default box,使之更适应行人检测任务。同时为了进一步提高检测精度,本文提出了Top-Down结构,丰富了不同层次特征图的空间和语义信息。考虑到嵌入式平台的计算资源有限,改进了基于深度可分离卷积的主干网络,提高了算法的实时性。在Caltech测试集上的测试结果表明,改进后的算法在行人漏检率和合理行人漏检率上分别下降了12.14%和4.92%,检测速度为19.7FPS。和其他主流的检测算法相比,本文算法检测精度和速度的综合性能上有很大的竞争力,适用于嵌入式平台应用。其次,研究了行人流量统计嵌入式系统的行人跟踪算法。优选了基于相关滤波的KCF跟踪算法,采用FHOG特征、CN特征和灰度特征的融合策略,提高了特征的判别性;增加了尺度滤波器,有效改善了目标尺度变化的影响;利用基于多峰检测的模板更新策略,提高了对遮挡目标的跟踪鲁棒性。在OTB数据集上的测试结果表明,本文算法在精确度、成功率上分别达到了0.752和0.623,并且对实际场景中的干扰都有很强的鲁棒性,跟踪速度达到41.3FPS。改进后算法跟踪精度高,适合于嵌入式平台,实用性强。最后,测试分析了行人流量统计嵌入式系统。对检测结果与跟踪结果进行目标关联,删除超出视野的目标,同时增加视野内的新目标。然后结合轨迹分析法对目标轨迹进行分析从而实现行人目标计数。通过实际场景测试,结果表明,平均识别率为93.30%,平均帧率达到18.25FPS。本文提出的行人流量统计系统解决了精度低、实时性难以适应嵌入式平台的问题,有很强的实用性。

关键词： 嵌入式系统   CCF   ESTC2019   学术会议   电子科技大学   可信评估  

摘要： 第17届CCF全国嵌入式系统大会(CCF ESTC 2019)将于2019年9月20日至22日在陕西西安举行。本届会议由中国计算机学会(CCF)主办,CCF嵌入式系统专业委员会与西安电子科技大学联合承办。本届会议旨在加强从事嵌入式系统研究领域国内外学者之间的联系与交流,了解相

关键词： 六自由度机器人   控制系统   嵌入式系统   示教器   时间最优轨迹  

摘要： 六自由度串联机器人在工业生产中有着广泛的应用,用来替代人从事重复性、危险性的工作。随着机器人技术的发展,机器人控制系统也朝着小型化、集成化、智能化的方向发展。本文以嵌入式技术为基础,研究了一种适用于六自由度串联机器人的控制系统,主要包括核心控制部件-控制器以及人机交互部件-示教器。首先基于六自由度机械人本体,建立了其连杆D-H模型。建立了任务空间直线和圆弧轨迹规划方法,运用单位四元数对机器人进行姿态规划,并在关节空间用五次B样条曲线构建各关节轨迹。提出了一种自适应遗传算法,用于寻找关节空间时间最优轨迹。然后基于S3C6410芯片和Linux操作系统搭建了机器人控制器的软硬件平台。利用RT-Preempt补丁将Linux操作系统改造成实时系统,并基于IgH EtherCAT Master for Linux开源框架实现控制器的EtherCAT总线通信主站协议。开发了控制器的运动控制、串口通信、EtherCAT通信等功能模块。接下来同样基于S3C6410芯片和Linux操作系统搭建机器人示教器的软硬件平台。基于Qt框架开发了示教器的人机交互界面,并设计了机器人语言解释器模块。为了保证示教器与控制器串口通信的稳定性,设计了两者通信的心跳机制。最后搭建了控制系统的测试平台,对控制系统的各项功能进行了测试验证,测试结果表明本文设计的嵌入式机器人控制系统能够满足六自由度机器人的控制需求。