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关键词： 点云分类   对抗攻击   点云自编码器  

摘要： 点云作为三维数据的一种表现形式,目前被广泛应用于诸多领域。随着深度学习技术取得显著进步,研究者已经开始利用深度学习处理点云数据。然而,众多研究揭示了深度学习模型对于对抗性攻击的敏感性,这种攻击通过向正常数据样本中加入微小的的干扰,误导深度神经网络做出错误的预测,给深度学习系统带来了严重的安全威胁。因此,研究对抗攻击方法对于评估深度学习系统的鲁棒性、提升系统的安全性具有重要意义。 当前的点云攻击方法因忽略流形失真而会产生明显的扰动,从而被轻易感知。本研究提出了一种新方法,通过构建一个可逆自编码器,建立了点云与简单参数形状之间的双向流形映射关系。在攻击过程中产生的流形失真便可在简单参数形状上捕获。通过执行保持参数形状局部属性的流形约束,有效缓解了流形失真,最终实现对抗攻击隐蔽性的显著提升。本文研究贡献可总结为: 首先,构建了简单参数形状与点云之间的双向可逆流形映射。利用自编码器结构,编码器部分学习点云的几何特征,可逆解码器部分利用编码器学习到的特征向量实现了复杂点云和简单参数形状之间的相互映射。通过此映射关系,可以将点云在欧氏空间的对抗扰动映射到流形空间中。 其次,设计了基于流形约束的不可感知对抗攻击,此约束的作用是保持点云流形对应参数形状的局部特征属性。在对抗攻击过程中,通过使用可逆流形映射,将对抗点云流形映射为简单参数形状后,施加流形约束来保证生成的对抗点云具有较高的隐蔽性。 最后,为了更好地理解和评估点云对抗攻击问题,本文设计并实现了一个点云数据攻防分析原型系统。该系统的目的在于为研究者提供一个高效的实验工具,以便他们能够更好地理解对抗攻击的机理和影响,并有效地提高点云对抗攻击与防御问题的研究效率。

关键词： 4D毫米波雷达   同步定位与地图构建   扩展卡尔曼滤波   散射角特征   正态分布变换   惯性测量单元  

摘要： 在雨雪等环境中实施自动驾驶时,毫米波雷达利用同步定位与地图构建(SLAM)技术,可以实时确定雷达的位置和姿态,并基于雷达观测数据构建环境地图。在激光雷达和光学相机无法正常工作时,4D毫米波雷达能测量目标点云的三维空间坐标,在经过SLAM技术处理后,能够估计雷达自身的六自由度位姿信息。然而,单帧4D毫米波雷达的点云密度较低(400～1000点/帧),限制了其获取目标几何特征的能力。本研究针对4D毫米波雷达数据稀疏,难以提取点云几何特征的问题,提出了一种新的基于目标散射角特征的毫米波雷达六自由度位姿估计方法。该方法包括基于4D毫米波雷达的三维散射角特征计算方法,基于散射角特征的前端扫描匹配方法以及基于散射角特征的后端优化方法三个部分,具体工作如下: (1)建立了4D毫米波雷达三维散射角特征计算方法。本文通过分析SLAM过程中目标散射角的变化规律,基于散射角变化过程分别构建了方位散射角和俯仰散射角计算公式。通过实际数据验证了子图间同一目标的散射角特征有较强一致性,可用于提升扫描匹配的准确性。 (2)提出了基于散射角特征的正态分布变换扫描匹配(SAF-NDT)方法。广义迭代最近点(GICP)方法和正态分布变换(NDT)方法在点云稀疏时难以利用点云的空间分布特征获得高精度的扫描匹配结果。针对该问题,本研究提出了将散射角特征加入NDT优化目标函数的SAF-NDT方法。通过对比实验验证了SAF-NDT方法的位姿估计精度优于GICP和NDT方法,但在垂直方向上的位姿估计精度仍存在不足。 (3)提出了融合惯性测量单元(IMU)约束的SAF-IMU毫米波雷达六自由度位姿估计方法,修正了SAF-NDT算法残留的垂直方向误差。针对SAF-NDT方法估计垂直方向精度低的问题,引入IMU数据作为补充约束条件,通过扩展卡尔曼滤波器融合IMU约束和SAF-NDT输出的前端位姿约束。通过消融实验证明了SAF-IMU毫米波雷达六自由度位姿估计方法能进一步提升垂直方向上的位姿估计精度。

关键词： 网格简化   边缘分类简化   结构信息约束   复合塌陷代价  

摘要： 针对长距离道路倾斜实景三维模型数据量较大且冗余，传统二次误差度量(QEM)边塌陷法在数据简化时易出现不稳定三角网的问题，该文提出一种边缘分类约束的道路网格数据简化方法。该方法充分结合边的几何结构和属性信息，首先依据塌陷前后法向量的角度变化和相邻边缘的角度特征将边缘边划分为特征边缘边和非特征边缘边，以此计算塌陷点位置，选择最优塌陷边，增大简化率，优化简化效果；然后，基于位置和属性信息划分单一属性边与多重属性边，重新计算多重属性边的塌陷顺序和塌陷点位置，确保简化过程中多重属性边空间位置的一致性。实验结果表明，该文算法较好地保护了三角面的几何特征，得到的边缘数据完整，较好平衡了简化率和简化精度，且效果均优于传统QEM算法。

关键词： 搬运机器人   液压机械臂   自由度  

摘要： 随着采用机器人实现搬运的技术已经逐渐成熟，搬运机器人的研发投入也在不断加大。本文对搬运机器人六自由度液压机械臂进行了设计，首先选取了适合多自由度的连杆结构进行结构设计，然后确立了机械臂基本构型与尺寸，完成了机械臂的受力分析与液压系统原理图的绘制，并对驱动元件进行选型，最终设计为一款全液压驱动的机械臂。本文旨在研究设计出针对矿用物料具有自动抓取、搬运、码放等功能的机器人，实现对矿上井下重载物料的安全高效搬运。