The vision of unmanned aerial vehicles is very significant for UAV-related applications such as search and rescue, landing on a moving platform, etc. In this work, we have developed an integrated system for the UAV landing on the moving platform, and the UAV object detection with tracking in the complicated environment. Firstly, we have proposed a robust LoG-based deep neural network for object detection and tracking, which has great advantages in robustness to object scale and illuminations compared with typical deep network-based approaches. Then, we have also improved based on the original Kalman filter and designed an iterative multi-model-based filter to tackle the problem of unknown dynamics in real circumstances of motion estimations. Next, we implemented the whole system and do ROS Gazebo-based testing in two complicated circumstances to verify the effectiveness of our design. Finally, we have deployed the proposed detection, tracking, and motion estimation strategies into real applications to do UAV tracking of a pillar and obstacle avoidance. It is demonstrated that our system shows great accuracy and robustness in real applications.
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本文在移动平台上介绍了四摩托车的自动起飞和着陆系统。设计的系统解决了三个具有挑战性的问题：快速姿势估计，受限的外部定位和有效避免障碍物。具体而言，首先，我们基于Aruco标记设计了着陆识别和定位系统，以帮助四极管快速计算相对姿势。其次，我们利用基于梯度的本地运动计划者快速生成无冲突的参考轨迹；第三，我们构建了一台自主状态机器，使四极管能够完全自治完成其起飞，跟踪和着陆任务；最后，我们在模拟，现实世界和室外环境中进行实验，以验证系统的有效性并证明其潜力。
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本文介绍了我们拦截更快的入侵者无人机的方法，这是受MBZIRC 2020挑战1.的启发1.通过利用对入侵者轨迹的形状的先验知识，我们可以计算拦截点。目标跟踪基于Yolov3微型卷积神经网络的图像处理，并结合使用饰品安装的ZED ZED迷你立体声摄像机的深度计算。我们使用摄像头的RGB和深度数据，设计降噪的直方图过滤器来提取目标的3D位置。获得目标位置的3D测量值用于计算图八形轨迹的位置，方向和大小，我们使用Bernoulli Lemniscate近似。一旦近似被认为是足够精确的，可以通过观察值和估计之间的距离来测量，我们将计算一个拦截点，以将拦截器无人机直接放在入侵者的路径上。根据MBZIRC竞争期间收集的经验，我们的方法已在模拟和现场实验中得到了验证。我们的结果证实，我们已经开发了一个有效的视觉感知模块，该模块可以提取以足以支持拦截计划的精确性来描述入侵者无人机运动的信息。在大多数模拟遭遇中，我们可以跟踪和拦截比拦截器快30％的目标。在非结构化环境中的相应测试产生了12个成功结果中的9个。
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该论文讨论了一种基于智能视觉的控制解决方案，用于自主跟踪和降落垂直起飞和降落（VTOL）在船上具有无人驾驶飞机（UAV）的无人使用，而无需使用GPS信号。中心想法涉及自动化海军直升机船着陆程序，该程序将飞行员利用该船作为远程跟踪的视觉参考；但是，是指大多数称为“地平线棒”的海军船上安装的标准化视觉提示，以进行最终进近和着陆阶段。该想法是使用与机器视觉集成的独特设计的非线性控制器实现的。视觉系统利用基于机器学习的对象检测来进行远程船舶跟踪和经典的计算机视觉，以在最终进近和着陆阶段使用地平线估算飞机相对位置和方向。非线性控制器根据视觉系统估计的信息运行，即使在存在不确定性的情况下，也证明了强大的跟踪性能。开发的自动船舶着陆系统是在配备了板载摄像头的四轮摩托车无人机上实施的，在移动的甲板上成功证明了进近和着陆，该甲板模仿了现实的船甲板运动。进行了广泛的模拟和飞行测试，以证明垂直着陆安全性，跟踪能力和着陆精度。
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近年来，空中机器人背景下的高速导航和环境互动已成为几个学术和工业研究研究的兴趣领域。特别是，由于其若干环境中的潜在可用性，因此搜索和拦截（SAI）应用程序造成引人注目的研究区域。尽管如此，SAI任务涉及有关感官权重，板载计算资源，致动设计和感知和控制算法的具有挑战性的发展。在这项工作中，已经提出了一种用于高速对象抓握的全自动空中机器人。作为一个额外的子任务，我们的系统能够自主地刺穿位于靠近表面的杆中的气球。我们的第一款贡献是在致动和感觉水平的致动和感觉水平的空中机器人的设计，包括具有额外传感器的新型夹具设计，使机器人能够高速抓住物体。第二种贡献是一种完整的软件框架，包括感知，状态估计，运动计划，运动控制和任务控制，以便快速且强大地执行自主掌握任务。我们的方法已在一个具有挑战性的国际竞争中验证，并显示出突出的结果，能够在室外环境中以6米/分来自动搜索，遵循和掌握移动物体
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本文介绍了设计，开发，并通过IISC-TCS团队为穆罕默德·本·扎耶德国际机器人挑战赛2020年挑战1的目标的挑战1硬件 - 软件系统的测试是抓住从移动和机动悬挂球UAV和POP气球锚定到地面，使用合适的操纵器。解决这一挑战的重要任务包括具有高效抓取和突破机制的硬件系统的设计和开发，考虑到体积和有效载荷的限制，使用适用于室外环境的可视信息的准确目标拦截算法和开发动态多功能机空中系统的软件架构，执行复杂的动态任务。在本文中，设计了具有末端执行器的单个自由度机械手设计用于抓取和突发，并且开发了鲁棒算法以拦截在不确定的环境中的目标。基于追求参与和人工潜在功能的概念提出了基于视觉的指导和跟踪法。本工作中提供的软件架构提出了一种操作管理系统（OMS）架构，其在多个无人机之间协同分配静态和动态任务，以执行任何给定的任务。这项工作的一个重要方面是所有开发的系统都设计用于完全自主模式。在这项工作中还包括对凉亭环境和现场实验结果中完全挑战的模拟的详细描述。所提出的硬件软件系统对反UAV系统特别有用，也可以修改以满足其他几种应用。
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Many aerial robotic applications require the ability to land on moving platforms, such as delivery trucks and marine research boats. We present a method to autonomously land an Unmanned Aerial Vehicle on a moving vehicle. A visual servoing controller approaches the ground vehicle using velocity commands calculated directly in image space. The control laws generate velocity commands in all three dimensions, eliminating the need for a separate height controller. The method has shown the ability to approach and land on the moving deck in simulation, indoor and outdoor environments, and compared to the other available methods, it has provided the fastest landing approach. Unlike many existing methods for landing on fast-moving platforms, this method does not rely on additional external setups, such as RTK, motion capture system, ground station, offboard processing, or communication with the vehicle, and it requires only the minimal set of hardware and localization sensors. The videos and source codes are also provided.
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根据一般静态障碍物检测的要求，本文提出了无人接地车辆局部静态环境的紧凑型矢量化表示方法。首先，通过融合LiDAR和IMU的数据，获得了高频姿势信息。然后，通过二维（2D）障碍物点的生成，提出了具有固定尺寸的网格图维护过程。最后，通过多个凸多边形描述了局部静态环境，该多边形实现了基于双阈值的边界简化和凸多边形分割。我们提出的方法已应用于公园的一个实用无人驾驶项目中，典型场景的定性实验结果验证了有效性和鲁棒性。此外，定量评估表明，与传统的基于网格地图的方法相比，使用较少的点信息（减少约60％）来代表局部静态环境。此外，运行时间（15ms）的性能表明，所提出的方法可用于实时局部静态环境感知。可以在https://github.com/ghm0819/cvr_lse上访问相应的代码。
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在复杂的动态环境中，有效的轨迹产生在无人体表面车辆（USV）域中仍然是一个开放的问题。在本文中，提出了针对USV-UAV系统的合作轨迹计划算法，以确保USV可以在多障碍物图中的自主进步过程中执行安全，平稳的路径。具体而言，无人机（UAV）扮演飞行传感器的角色，并提供了实时的全球地图和障碍信息，并具有轻巧的语义细分网络和3D投影转换。然后通过基于图的搜索方法生成初始的避免轨迹。关于USV的独特运动不足的运动学特性，引入了基于船体动态约束的数值优化方法，以使该轨迹易于跟踪进行运动控制。最后，提出了基于在执行过程中具有最低能量消耗限制的NMPC的运动控制方法。实验结果验证了整个系统的有效性，并且生成的轨迹在局部对USV始终具有相当大的跟踪精度。
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本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。
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The current LiDAR SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) system suffers greatly from low accuracy and limited robustness when faced with complicated circumstances. From our experiments, we find that current LiDAR SLAM systems have limited performance when the noise level in the obtained point clouds is large. Therefore, in this work, we propose a general framework to tackle the problem of denoising and loop closure for LiDAR SLAM in complex environments with many noises and outliers caused by reflective materials. Current approaches for point clouds denoising are mainly designed for small-scale point clouds and can not be extended to large-scale point clouds scenes. In this work, we firstly proposed a lightweight network for large-scale point clouds denoising. Subsequently, we have also designed an efficient loop closure network for place recognition in global optimization to improve the localization accuracy of the whole system. Finally, we have demonstrated by extensive experiments and benchmark studies that our method can have a significant boost on the localization accuracy of the LiDAR SLAM system when faced with noisy point clouds, with a marginal increase in computational cost.
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导航动态环境要求机器人生成无碰撞的轨迹，并积极避免移动障碍。大多数以前的作品都基于一个单个地图表示形式（例如几何，占用率或ESDF地图）设计路径计划算法。尽管他们在静态环境中表现出成功，但由于地图表示的限制，这些方法无法同时可靠地处理静态和动态障碍。为了解决该问题，本文提出了一种利用机器人在板载视觉的基于梯度的B-Spline轨迹优化算法。深度视觉使机器人能够基于体素图以几何形式跟踪和表示动态对象。拟议的优化首先采用基于圆的指南算法，以近似避免静态障碍的成本和梯度。然后，使用视觉检测的移动对象，我们的后水平距离场同时用于防止动态碰撞。最后，采用迭代重新指导策略来生成无碰撞轨迹。仿真和物理实验证明，我们的方法可以实时运行以安全地导航动态环境。
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最近无人驾驶飞行器（UAV）已广泛部署在各种真实的场景，如灾难救援和包裹交付。这些工作环境中的许多都是不确定和动态障碍的非结构化。保持UAV碰撞经常发生。非常希望具有高灵敏度的无人机，以调整其用于适应这些环境动态的动作。但是，无人机敏捷性受其电池电量输出的限制;特别是，UAV的电力系统不能知道其在运动规划中的实际功率需求，而需要随着环境和UAV条件而动态变化。在运动规划中，难以准确地对准电源需求的电源。这种不匹配会导致无人机的电源不足，并导致延迟运动调整，在很大程度上增加了障碍物的碰撞风险，因此破坏了无人机敏捷性。为提高无人机敏捷性，开发了一种新颖的智能电源解决方案，敏捷增强电源（AEPS），以主动准备适当的电量，以支持具有增强敏捷性的运动规划。该方法在物理电力系统和UAV规划之间构建了一座桥梁。凭借敏捷增强的运动规划，将提高复杂工作环境中的UAV的安全性。为了评估AEPS有效性，采用了“社区安全巡逻任务”的任务，采用了意外障碍;通过燃料电池，电池和电容器的混合集成来实现电源。通过成功和及时的电源，提高任务成功率和系统安全性，验证了AEP在提高无人机敏捷性方面的有效性，提高了任务持续时间。
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The LiDAR and inertial sensors based localization and mapping are of great significance for Unmanned Ground Vehicle related applications. In this work, we have developed an improved LiDAR-inertial localization and mapping system for unmanned ground vehicles, which is appropriate for versatile search and rescue applications. Compared with existing LiDAR-based localization and mapping systems such as LOAM, we have two major contributions: the first is the improvement of the robustness of particle swarm filter-based LiDAR SLAM, while the second is the loop closure methods developed for global optimization to improve the localization accuracy of the whole system. We demonstrate by experiments that the accuracy and robustness of the LiDAR SLAM system are both improved. Finally, we have done systematic experimental tests at the Hong Kong science park as well as other indoor or outdoor real complicated testing circumstances, which demonstrates the effectiveness and efficiency of our approach. It is demonstrated that our system has high accuracy, robustness, as well as efficiency. Our system is of great importance to the localization and mapping of the unmanned ground vehicle in an unknown environment.
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Unmanned aerial vehicles (UAVs) with on-board cameras are widely used for remote surveillance and video capturing applications. In remote virtual reality (VR) applications, multiple UAVs can be used to capture different partially overlapping angles of the ground target, which can be stitched together to provide 360{\deg} views. This requires coordinated formation of UAVs that is adaptive to movements of the ground target. In this paper, we propose a joint UAV formation and tracking framework to capture 360{\deg} angles of the target. The proposed framework uses a zero touch approach for automated and adaptive reconfiguration of multiple UAVs in a coordinated manner without the need for human intervention. This is suited to both military and civilian applications. Simulation results demonstrate the convergence and configuration of the UAVs with arbitrary initial locations and orientations. The performance has been tested for various number of UAVs and different mobility patterns of the ground target.
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实时动态环境感知对于拥挤空间的自动机器人至关重要。尽管流行的基于体素的映射方法可以有效地用任意复杂的形状代表3D障碍，但它们几乎无法区分静态和动态障碍，从而导致避免障碍物的性能有限。尽管在自动驾驶中存在大量基于学习的动态障碍检测算法，但四轮驱动器的有限计算资源无法使用这些方法实现实时性能。为了解决这些问题，我们为使用RGB-D摄像机提出了一个实时动态障碍物跟踪和映射系统，以避免四肢障碍物。拟议的系统首先利用带有占用体素图的深度图像来生成潜在的动态障碍区域作为建议。通过障碍区域建议，Kalman滤波器和我们的连续性过滤器将应用于跟踪每个动态障碍物。最后，使用追踪动态障碍的状态基于马尔可夫链提出了环境感知的轨迹预测方法。我们使用定制的四轮驱动器和导航计划者实施了建议的系统。仿真和物理实验表明，我们的方法可以成功地跟踪和代表动态环境中的障碍，并安全地避免障碍。
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Marine waves significantly disturb the unmanned surface vehicle (USV) motion. An unmanned aerial vehicle (UAV) can hardly land on a USV that undergoes irregular motion. An oversized landing platform is usually necessary to guarantee the landing safety, which limits the number of UAVs that can be carried. We propose a landing system assisted by tether and robot manipulation. The system can land multiple UAVs without increasing the USV's size. An MPC controller stabilizes the end-effector and tracks the UAVs, and an adaptive estimator addresses the disturbance caused by the base motion. The working strategy of the system is designed to plan the motion of each device. We have validated the manipulator controller through simulations and well-controlled indoor experiments. During the field tests, the proposed system caught and placed the UAVs when the disturbed USV roll range was approximately 12 degrees.
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目前的大流行使医疗系统在高负荷下运行。为了减轻它，具有高自主权的机器人可用于有效地在医院中执行非接触式操作，并减少医务人员和患者之间的交叉感染。虽然语义同步定位和映射（SLAM）技术可以提高机器人的自主权，但语义对象关联仍然是一个值得研究的问题。解决这个问题的关键是通过使用语义信息来正确地将多个对象标志的对象测量相关联，并实时地改进对象地标的姿势。为此，我们提出了一个分层对象关联策略和姿势改进方法。前者由两个级别组成，即短期对象关联和全球性。在第一级，我们采用短期对象关联的多对象跟踪，通过该关联，可以避免其位置关闭的对象之间的不正确关联。此外，短期对象关联可以在第二级别为全局对象关联的对象姿势提供更丰富的对象外观和更强大的估计。为了在地图中优化对象姿势，我们开发一种方法来选择与对象地标相关联的所有对象测量的最佳对象姿势。该方法在七个模拟医院序列1，真正的医院环境和基蒂数据集中综合评估。实验结果表明，我们的方法在对象关联的鲁棒性和准确性方面显然有所改善，以及语义猛烈的轨迹估计。
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视觉同时定位和映射（VSLAM）在计算机视觉和机器人社区中取得了巨大进展，并已成功用于许多领域，例如自主机器人导航和AR/VR。但是，VSLAM无法在动态和复杂的环境中实现良好的定位。许多出版物报告说，通过与VSLAM结合语义信息，语义VSLAM系统具有近年来解决上述问题的能力。然而，尚无关于语义VSLAM的全面调查。为了填补空白，本文首先回顾了语义VSLAM的发展，并明确着眼于其优势和差异。其次，我们探讨了语义VSLAM的三个主要问题：语义信息的提取和关联，语义信息的应用以及语义VSLAM的优势。然后，我们收集和分析已广泛用于语义VSLAM系统的当前最新SLAM数据集。最后，我们讨论未来的方向，该方向将为语义VSLAM的未来发展提供蓝图。
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由于存在浓烟或阴霾，从室外视觉环境收集的图像通常会降解。在这些退化的视觉环境（DVE）中，在场景理解中进行研究的关键挑战是缺乏代表性的基准数据集。这些数据集需要评估降级设置中的最新对象识别和其他计算机视觉算法。在本文中，我们通过引入带有朦胧和无雾图像的第一个配对的真实图像基准数据集以及原位的雾化密度测量来解决其中的一些限制。该数据集是在受控的环境中生产的，其专业烟雾产生机器覆盖了整个场景，并由从无人机（UAV）（UAV）和无人接地车（UGV）的角度捕获的图像组成。我们还评估了一组代表性的最先进的飞行方法以及数据集中的对象探测器。本文介绍的完整数据集，包括地面真相对象分类框和雾密度测量值，为社区提供了以下网址评估其算法的信息：https：//a2i2-archangel.vision。该数据集的一个子集已用于在CVPR UG2 2022挑战的雾痕中进行对象检测。
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