第七章麥传嚣信息融合术 ◆概述 ◆传感器信息融合的分类和结构 ◆传感景信息融合的一般方法 ◆传感器信息融合的实例
第七章 多传感器信息融合技术 ◆概 述 ◆传感器信息融合的分类和结构 ◆传感器信息融合的一般方法 ◆传感器信息融合的实例
第一节概述 、概念 传感器信息融合又称数据融合,是对多种信息的获 取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。传 感器信息融合技术从多信息的视角进行处理及综合,得 到各种信息的内在联系和规律,从而剔除无用的和错误 的信息,保留正确的和有用的成分,最终实现信息的优 化。它也为智能信息处理技术的研究提供了新的观念。 定义:将经过集成处理的多传感器信息进行合成,形成 一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式。单 传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段,而多传 感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特 征。经过融合后的传感器信息具有以下特征:信息冗余 性、信息互补性、信息实时性、信息获取的低成本性
第一节 概 述 传感器信息融合又称数据融合，是对多种信息的获 取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。传 感器信息融合技术从多信息的视角进行处理及综合，得 到各种信息的内在联系和规律，从而剔除无用的和错误 的信息，保留正确的和有用的成分，最终实现信息的优 化。它也为智能信息处理技术的研究提供了新的观念。 定义：将经过集成处理的多传感器信息进行合成，形成 一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式。单一 传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，而多传 感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特 征。经过融合后的传感器信息具有以下特征：信息冗余 性、信息互补性、信息实时性、信息获取的低成本性。 一、概念
二、意义及应用 1在信宴电子学领域 信息融合技术的实现和发展以信息电子学的原理、方 法、技术为基础。信息融合系统要采用多种传感器收集 各种信息,包括声、光、电、运动、视觉、触觉、力觉 以及语言文字等。信息融合技术中的分布式信息处理结 构通过无线网络、有线网络,智能网络,宽带智能综合 数字网络等汇集信息,传给融合中心进行融合。除了自 然(物理)信息外,信息融合技术还融合社会类信息,以 语言文字为代表,涉及到大规模汉语资料库、语言知识 的获取理论与方法、机器翻译、自然语言解释与处理技 术等,信息融合采用分形、混沌、模糊推理、人工神经 网络等数学和物理的理论及方法。它的发展方向是对非 线性、复杂环境因素的不同性质的信息进行综合、相 关,从各个不同的角度去观察、探测世界
二、意义及应用 信息融合技术的实现和发展以信息电子学的原理、方 法、技术为基础。信息融合系统要采用多种传感器收集 各种信息，包括声、光、电、运动、视觉、触觉、力觉 以及语言文字等。信息融合技术中的分布式信息处理结 构通过无线网络、有线网络，智能网络，宽带智能综合 数字网络等汇集信息，传给融合中心进行融合。除了自 然(物理)信息外，信息融合技术还融合社会类信息，以 语言文字为代表，涉及到大规模汉语资料库、语言知识 的获取理论与方法、机器翻译、自然语言解释与处理技 术等，信息融合采用分形、混沌、模糊推理、人工神经 网络等数学和物理的理论及方法。它的发展方向是对非 线性、复杂环境因素的不同性质的信息进行综合、相 关，从各个不同的角度去观察、探测世界。 1、在信息电子学领域
2、在计京机科学领域 在计算机科学中,目前正开展着并行数据库、主动 数据库、多数据库的研究。信息融合要求系统能适 应变化的外部世界,因此,空间、时间数据库的概 念应运而生,为数据融合提供了保障。空间意味着 不同种类的数据来自于不同的空间地点,时间意味 着数据库能随时间的变化适应客观环境的相应变化。 信息融合处理过程要求有相应的数据库原理和结构, 以便融合随时间、空间变化了的数据。在信息融合 的思想下,提出的空间、时间数据库,是计算机科 学的一个重要的研究方向
2、在计算机科学领域 在计算机科学中，目前正开展着并行数据库、主动 数据库、多数据库的研究。信息融合要求系统能适 应变化的外部世界，因此，空间、时间数据库的概 念应运而生，为数据融合提供了保障。空间意味着 不同种类的数据来自于不同的空间地点，时间意味 着数据库能随时间的变化适应客观环境的相应变化。 信息融合处理过程要求有相应的数据库原理和结构， 以便融合随时间、空间变化了的数据。在信息融合 的思想下，提出的空间、时间数据库，是计算机科 学的一个重要的研究方向
3、在自动化领域 以各种控制理论为基础,信息融合技术采用模糊控制 智能控制、进化计算等系统理论,结合生物、经济、社 军事等领域的知识,进行定性、定量分析。按照人 脑的功能和原理进行视觉、听觉、舳觉、力觉、知觉 注意、记忆、学习和更高级的认识过程,将空间、时间 的信息进行融合,对数据和信息进行自动解释,对环境 和态势给予判定。目前的控制技术,已从程序控制进入 了建立在信息融合基础上的智能控制。智能控制系统不 仅用于军事,还应用于工厂企业的生产过程控制和产供 销管理、城市建设规划、道路交通管理、商业管理、金 融管理与预测、地质矿产资源管理、环境监测与保护、 粮食作物生长监测、灾害性天气预报及防治等涉及宏 观、微观和社会的各行各业
3、在自动化领域 以各种控制理论为基础，信息融合技术采用模糊控制、 智能控制、进化计算等系统理论，结合生物、经济、社 会、军事等领域的知识，进行定性、定量分析。按照人 脑的功能和原理进行视觉、听觉、触觉、力觉、知觉、 注意、记忆、学习和更高级的认识过程，将空间、时间 的信息进行融合，对数据和信息进行自动解释，对环境 和态势给予判定。目前的控制技术，已从程序控制进入 了建立在信息融合基础上的智能控制。智能控制系统不 仅用于军事，还应用于工厂企业的生产过程控制和产供 销管理、城市建设规划、道路交通管理、商业管理、金 融管理与预测、地质矿产资源管理、环境监测与保护、 粮食作物生长监测、灾害性天气预报及防治等涉及宏 观、微观和社会的各行各业
优点 增加了系统的生存能力 扩展了空间覆盖范围 扩展了时间覆盖范围 提高了可信度 降低了信息的模糊度 改善了探测性能 提高了空间分辨率 增加了测量空间的维数
三、优点 ➢增加了系统的生存能力 ➢扩展了空间覆盖范围 ➢扩展了时间覆盖范围 ➢提高了可信度 ➢降低了信息的模糊度 ➢改善了探测性能 ➢提高了空间分辨率 ➢增加了测量空间的维数
第二节传感信息融合分类和结构 、传感器信息融合分类 1、组合:由多个传感器组合成平行或互补方式来获得多组数据输 出的一种处理方法,是一种最基本的方式,涉及的问题有输出方式 的协调、综合以及传感器的选择。在硬件这一级上应用。 2、综合:信息优化处理中的一种获得明确信息的有效方法 例:在虚拟现实技术中,使用两个分开设置的摄像机同时拍摄到 个物体的不同侧面的两幅图像,综合这两幅图像可以复原出一个准 确的有立体感的物体的图像。 3、融合:当将传感器数据组之间进行相关或将传感器数据与系统 内部的知识模型进行相关,而产生信息的一个新的表达式。 4、相关:通过处理传感器信息获得某些结果,不仅需要单项信息 处理,而且需要通过相关来进行处理,获悉传感器数据组之间的关 系,从而得到正确信息,剔除无用和错误的信息。 相关处理的目的:对识别、预测、学习和记忆等过程的信息进行综 合和优化
第二节 传感器信息融合分类和结构 1、组合：由多个传感器组合成平行或互补方式来获得多组数据输 出的一种处理方法，是一种最基本的方式，涉及的问题有输出方式 的协调、综合以及传感器的选择。在硬件这一级上应用。 2、综合：信息优化处理中的一种获得明确信息的有效方法。 例：在虚拟现实技术中，使用两个分开设置的摄像机同时拍摄到一 个物体的不同侧面的两幅图像，综合这两幅图像可以复原出一个准 确的有立体感的物体的图像。 3、融合：当将传感器数据组之间进行相关或将传感器数据与系统 内部的知识模型进行相关，而产生信息的一个新的表达式。 4、相关：通过处理传感器信息获得某些结果，不仅需要单项信息 处理，而且需要通过相关来进行处理，获悉传感器数据组之间的关 系，从而得到正确信息，剔除无用和错误的信息。 相关处理的目的：对识别、预测、学习和记忆等过程的信息进行综 合和优化。 一、传感器信息融合分类
二、信息融合的结构 信寞融合的绪构分为串联和弄联肃种 C1,C2,…,Cn表示n个传感器 S1,S2,…,Sn表示来自各个传感器信息融合中心的数据 y1,y2,…,y表示融合中心 Y Y Y (a)串联 (b)并联
二、信息融合的结构 信息融合的结构分为串联和并联两种 Sn S2 S1 Y1 Y2 Yn C1 C2 Cn Y S C1 C2 Cn (a) 串联 (b) 并联 C1，C2，…，Cn表示n个传感器 S1 ,S2 ,…，Sn表示来自各个传感器信息融合中心的数据 y1，y2，…，yn表示融合中心。 … …
三、信息融合系统结构的实例 传感器信号 传感器信号 局部 局部 处理器 处理器 先修 修先 验|正 正验 外部逻辑 息息 中央 处理器 传感器故障 检测系统 种雷达测量的信息融合结构
三、信息融合系统结构的实例 一种雷达测量的信息融合结构 局部 处理器 局部 处理器 外部逻辑 中央 处理器 传感器信号 传感器信号 先 验 信 息 修 正 信 息 先 验 信 息 修 正 信 息 传感器故障 检测系统
第三节传感景信息融合的一般方法 嵌入约束法、证据组合法、人工神经网络法 、入約束法 由多种传感器所获得的客观环境(即被测对象)的多组数 据就是客观环境按照某种形成的,信息融 合就是通过,即对客观环境加以了解。用 数学语言描述就是,所有传感器的全部信息,也只能 描述环境的某些方面的特征,而具有这些特征的环境 却有很多,要使一组数据对应惟一的环境(即上述映射 为一一映射),就必须对映射的原像和映射本身加约束 条件,使问题能有惟一的解 嵌入约束法最基本的方法: Bayes估计和卡尔曼滤波
第三节 传感器信息融合的一般方法 由多种传感器所获得的客观环境(即被测对象)的多组数 据就是客观环境按照某种映射关系形成的像，信息融 合就是通过像求解原像，即对客观环境加以了解。用 数学语言描述就是，所有传感器的全部信息，也只能 描述环境的某些方面的特征，而具有这些特征的环境 却有很多，要使一组数据对应惟一的环境(即上述映射 为一一映射)，就必须对映射的原像和映射本身加约束 条件，使问题能有惟一的解。 嵌入约束法最基本的方法：Bayes估计和卡尔曼滤波 嵌入约束法、证据组合法、人工神经网络法 一、嵌入约束法