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基于视觉听觉交叉模式的机器人感知技术的研究

作　者: 付洪保
导　师: 李铁军
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 机器人视觉感知听觉感知交叉模式感知朝向注意
分类号: TP242.63
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

机器人感知技术是机器人智能化发展的重要手段之一。机器人视觉技术极大地拓宽了机器人的应用范围,提高了机器人的工作效率。但在很多情况下机器人视觉并非总尽如人意。在一些复杂动态的环境下,机器人既要能迅速地感知并适应环境,而且还要能根据环境信息变化、任务要求做出决策。单一的视觉感知方式显然不能满足这种实时性要求。人类最终希望机器人不仅能拓展人所不及,更希望机器人能具备人(或类人)的思维、情感、模式识别能力。最近,伴随着神经科学、认知科学和解剖学的发展,人类对自身大脑有了更深刻的了解。人类的交叉模式感知、注意机制得到了深入的研究,并取得了很多成果。传统人工智能经过初期的飞速发展后似乎陷入了瓶颈,人们自然地将注意力转向脑与认知科学,希望认知科学的研究发现能给机器人研究带来突破。人类应用注意机制对感知的信息进行选择和过滤,从而提高了信息处理效率。人类的交叉模式感知能力提高了人类对环境的探测能力和模式识别能力。机器人所面对的信息远远超过它的处理能力。把机器人有限的信息计算资源配置给当前机器人最关心、最紧迫的任务,注意机制和交叉模式感知无疑具有重要的理论意义和应用价值。本文以脑与认知科学关于交叉模式认知和注意的研究发现为基础,建立机一种器人交叉模式感知和朝向机制注意机制,使机器人能够快速准确地感知到环境目标,从而为进一步认知奠定基础。本文的主要研究内容与成果如下:1.分析总结了脑与认知科学、神经生理学在人类交叉模式认知机制上的研究成果,对人类听觉通路、视觉通路、听觉神经元感受野和交叉模式神经元感受野特性进行了总结2.根据神经生物学启示,仿照人类听知觉空间,以听觉神经元感受野数学模型为基础建立了机器人听觉空间感知图、并将其转换为图像形式,应用图像处理技术从而提高了机器人听觉目标检测的准确性和稳定性。。3.以机器人视觉技术为基础,建立了机器人视觉空间感知图,并和机器人听觉空间感知图融合、配准,建立了机器人交叉模式空间感知图。以此为基础,建立机器人交叉模式朝向注意模型,使机器人能快速的注意到环境视觉目标或(和)听觉目标。4.设计了基于视觉、听觉的目标朝向注意仿真实验系统,采用LabVIEW图形化语言开发了视觉、听觉信息处理软件,对典型的朝向注意事例进行了实验验证。实验结果表明,本文听觉朝向注意模型目标检测精度一般在-5o～+5o之间,由于对听觉目标检测采用了图像处理技术,使听觉目标检测达到了视觉目标检测的精度,同时弥补了当视觉目标模糊、被遮挡或完全不可见时视觉目标检测的局限性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  §1-1 引言  9-10
    1-1-1 智能科学的发展  9
    1-1-2 脑与认知科学对智能机器人研究的启示  9-10
  §1-2 机器人交叉模式感知技术的研究现状  10-13
    1-2-1 机器人视觉技术的研究现状  10-11
    1-2-2 机器人听觉技术的研究现状  11-12
    1-2-3 机器人视觉听觉交叉模式感知技术的研究现状  12-13
  §1-3 课题的研究意义  13-14
  §1-4 本文研究的主要内容  14-15
第二章交叉模式感知的脑科学研究  15-31
  §2-1 人类交叉模式感知的起源与发展  15-18
    2-1-1 人类交叉模式感知的起源  15-16
    2-1-2 婴儿的交叉模式感知及发展  16-17
    2-1-3 多感觉冗余与注意  17-18
  §2-2 人类交叉模式感知的脑机制  18-28
    2-2-1 人类视觉系统  18-20
    2-2-2 人类听觉系统  20-22
    2-2-3 大脑中的交叉模式感知区域  22-28
  §2-3 人类交叉模式朝向注意机制  28-30
    2-3-1 随意注意与非随意注意  28-29
    2-3-2 人类交叉模式朝向注意的行为学研究  29-30
  §2-4 本章小结  30-31
第三章视觉听觉交叉模式空间朝向注意的计算模型  31-50
  §3-1 声音信号的特征  31-35
    3-1-1 声音的基本物理性质  31
    3-1-2 声音位置信息ITD 和ILD  31-35
  §3-2 机器人听觉通道模型的建立  35-46
    3-2-1 人类听觉通道  35
    3-2-2 机器人外周听觉系统模型的建立  35-38
    3-2-3 机器人听觉中枢系统模型的建立  38-46
  §3-3 机器人视觉通道模型的建立  46-48
    3-3-1 机器人视觉感知  46
    3-3-2 机器人视觉目标的位置信息处理  46-48
  §3-4 机器人视觉听觉交叉模式朝向注意模型的建立  48-49
  §3-5 本章小结  49-50
第四章仿真实验系统设计及实验结果分析  50-58
  §4-1 仿真实验系统设计  50-54
    4-1-1 听觉朝向注意模型的设计  50-51
    4-1-2 视觉朝向注意模型的设计  51-52
    4-1-3 视觉听觉交叉模式朝向注意模型的设计  52-54
  §4-2 实验结果及数据分析  54-57
    4-2-1 听觉朝向注意的实验结果及数据分析  54-56
    4-2-2 视觉及交叉模式朝向注意的实验结果及分析  56-57
  §4-3 本章小结  57-58
第五章结论与展望  58-60
参考文献  60-63
致谢  63

基于视觉听觉交叉模式的机器人感知技术的研究

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