多目偏振视觉仿生导航方法研究_王玉杰，何晓峰，胡小平，张礼廉，范晨著_9787118120103

　　《多目偏振视觉仿生导航方法研究》以仿生传感器和仿生导航方法为主要内容，围绕卫星信号拒止情况下自主导航问题，介绍了生物利用偏振光和视觉信息进行导航的机理，探索了阵列式仿生偏振视觉传感器技术，实现了基于航向／位置约束的仿生导航方法。
　　《多目偏振视觉仿生导航方法研究》主要面向于导航、制导与控制专业的本科生和研究生，也可作为自动化相关专业科技人员的参考用书。

　　本书针对小型运动体在卫星信号拒止情况下的自主导航问题，借鉴生物导航机理，从仿生传感器和仿生导航方法两个层面，研究了多目偏振视觉仿生导航方法。主要研究工作和研究成果总结如下。
　　（1）提出了一种基于阵列式偏振光罗盘的定向算法。首先，根据偏振光检测的基本原理，研究了冗余观测条件下偏振模态的最小二乘估计方法；其次，建立了基于瑞利散射模型的天空偏振模式，提出了基于特征矢量的太阳方位最优估计方法。该方法通过综合利用视场范围内的偏振信息，显著提高了偏振光罗盘的定向精度；最后，针对复杂环境下（受树叶、建筑物等遮挡）偏振光罗盘的定向问题，提出了一种基于随机抽样一致性（ RANSAC）的太阳方向矢量估计方法。实验结果表明，即使受到严重遮挡而仅能看到一小部分天空区域（低至0. 028%）的偏振模式，该算法依然可以提供准确的定向信息。
　　（2）探索了一种新型偏振视觉传感器优化设计与集成方法。首先，对检偏器的角度布局进行了优化设计，确定了采用N等分1800的最优布局方案，为传感器设计提供了理论依据；其次，针对多目偏振视觉传感器的安装误差特性进行了详细分析，提出了一种多相机联合标定方法，显著提高了相机间的光路配准精度；最后，探索了基于像素偏振片的微阵列式光罗盘结构设计与集成方法，并初步开展了传感器标定与测试方法研究，建立了传感器测量误差模型并分析了安装误差的允许范围，为项目组后续的研究工作打下了基础。
　　（3）探索了一种基于偏振视觉的图像增强新方法。首先，基于对场景图像的偏振特性分析，提出了一种抑制光线传输过程中受粒子散射干扰的方法，使图像对比度得到显著增强，并研究了基于偏振信息进行场景辨识和目标探测的方法；其次，在“折射一反射”场景中，利用偏振分析方法实现了透射场景和反射场景的重建，从而抑制了场景间的相互干扰，使得观测目标的轮廓及纹理细节更加清晰。
　　（4）提出了一种仿生节点识别及场景特征表达方法。首先，研究了基于网格细胞模型的拓扑节点识别方法，提出了一种惯性／视觉里程计辅助的序列图像匹配方法，从而显著提高了节点识别效果；其次，基于人脑的视觉机理以及人工智能领域深度学习算法，探索了基于卷积神经网络的场景特征表达方法，解决了视角大小不同的相机之间基于全局特征的图像匹配难题：最后，研究了导航拓扑节点的构建方法，实现了对导航经验知识的有效组织和利用。
　　（5）提出了一种基于航向／位置约束的仿生导航算法。以微惯性／视觉组合导航完成几何空间内的航迹推算，以光罗盘定向结果作为航向约束，以拓扑节点识别结果作为位置约束，进而修正导航系统的累积误差，建立了“航迹推算+航向约束+位置约束”的仿生导航模式，并实现了相应的仿生导航算法；分析了不同约束条件下系统状态的可观性，为相关的理论及应用研究提供参考依据。实验结果表明，该算法能够显著提高组合导航系统的定位定向精度。

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