本书以巷道掘进施工中的精确定位、定向导航和成形截割为主线，围绕“防爆单目相机+点/线激光标靶+空间定位模型”相关技术，系统介绍了煤矿井下特殊环境下视觉定位与导航方面的基础理论、方法和应用。本书主要内容包括矿用防爆相机成像建模与标定技术、井下特殊环境下退化图像的清晰化重构技术、基于单目视觉的煤矿井下掘进机精确定位与导航系统、基于平行激光束的悬臂式掘进机全局动态定位技术、基于三激光束的掘进机机身位姿测量技术、基于多点红外LED的悬臂式掘进机局部动态定位技术、掘进机位姿视觉测量系统性能测试与工程应用、基于双目视觉的悬臂式掘进机位姿测量方法、基于非合作标靶的井下视觉动态定位技术。本书采用二维码集成了相关视频（19条）和彩图，以便读者阅读和理解。 本书可作为机械、自动化、计算机、矿业、土建（地下空间及隧道工程）等相关行业专业技术人员的参考书，还可作为高等院校机械类、自动化类、计算机类、矿业类、土建类等专业高年级本科生和研究生相关课程的教学参考书。

第1章 概述
1.1 煤矿智能化建设亟待突破井下定位与导航技术
1.2 井下视觉定位与导航面临的挑战
1.2.1 智能掘进对定位精度要求高
1.2.2 煤矿井下环境对视觉定位精度影响大
1.2.3 井下定位与导航基础理论研究不足
1.3 视觉定位与导航的几个基本问题
1.3.1 煤矿井下图像增强技术
1.3.2 煤矿井下掘进机动态定位技术
1.3.3 基于视觉测量的动态目标位姿检测技术
1.3.4 视觉成像系统建模与标定技术
1.3.5 运动模糊建模与图像复原技术
1.4 本书内容安排
第2章 矿用防爆相机成像建模与标定技术
2.1 矿用相机双层平面玻璃折射成像建模与标定
2.1.1 矿用相机平面折射成像建模
2.1.2 矿用相机平面折射标定
2.2 矿用相机球形玻璃折射建模与标定
2.2.1 矿用相机球形折射建模
2.2.2 矿用相机球形折射标定
2.3 矿用相机折射标定的结果验证
2.3.1 矿用平面玻璃折射标定结果验证
2.3.2 矿用球面玻璃折射标定结果验证
2.4 小结
第3章 井下特殊环境下退化图像的清晰化重构技术
3.1 煤矿井下图像退化特性分析与预处理技术
3.1.1 煤矿井下工作面雾尘退化图像成像特性
3.1.2 工作面粉尘浓度自适应图像特征提取技术
3.1.3 煤矿井下工作面低照度视频增强技术
3.2 矿用相机振动模糊建模与去模糊研究
3.2.1 透视相机的均匀模糊建模及去模糊
3.2.2 矿用相机模糊建模与去模糊研究
3.2.3 矿用相机采集的红外LED图像去模糊验证
3.2.4 矿用相机采集的红外激光束图像去模糊验证
3.3 小结
第4章 基于单目视觉的煤矿井下掘进机精确定位与导航系统
4.1 激光点-线特征合作标靶的煤矿井下掘进机单目视觉定位系统
4.2 悬臂式掘进机全位姿视觉定位系统统一描述
4.2.1 悬臂式掘进机全位姿定位坐标系统
4.2.2 悬臂式掘进机视觉测量坐标系及运动学解算
4.3 煤矿井下设备位姿视觉检测系统误差分析及对策
4.4 视觉测量系统的自动建站移站方法
4.5 基于井下视觉定位数据的掘进机自主导航方法
4.5.1 悬臂式掘进机自主导航掘进控制方案
4.5.2 悬臂式掘进机定向掘进运动控制方法
4.5.3 悬臂式掘进机定向掘进控制器设计
4.5.4 掘进机定向掘进控制实验
4.6 小结
第5章 基于平行激光束的悬臂式掘进机全局动态定位技术
5.1 基于平行激光束的悬臂掘进机机身全局位姿测量方法
5.1.1 适用于煤矿井下环境的激光束标靶特征提取与定位
5.1.2 基于2P3L的激光标靶空间点三维坐标解算模型
5.1.3 基于对偶四元数的激光标靶位姿解算方法
5.1.4 掘进工作面悬臂式掘进机机身全局定位
5.2 基于视觉测量的机身位姿测量误差模型
5.2.1 激光光斑中心定位误差
5.2.2 激光束中心线定位误差
5.2.3 激光束标靶几何误差
5.3 基于激光线特征的机身全局位姿测量方法验证
5.3.1 激光束提取与定位算法的环境适应性验证
5.3.2 激光标靶尺寸及距离对机身位姿视觉测量的影响
5.4 小结
第6章 基于三激光束的掘进机机身位姿测量技术
6.1 悬臂式掘进机机身位姿视觉测量系统
6.2 激光束标靶图像分割与特征提取
6.2.1 三激光束标靶图像特性
6.2.2 三激光束标靶图像分割与特征提取
6.2.3 基于RCEAUNet三激光束标靶图像语义分割模型
6.3 三点三线透视投影位姿测量模型
6.4 悬臂式掘进机机身位姿视觉测量系统精度分析
6.5 悬臂式掘进机机身位姿视觉测量精度测试
6.6 小结
第7章 基于多点红外LED的悬臂式掘进机局部动态定位技术
7.1 基于多点红外LED的悬臂式掘进机截割头动态定位方法
7.1.1 红外LED标靶特征点提取与光斑定位
7.1.2 基于共面特征点的截割头位姿视觉测量
7.1.3 悬臂式掘进机截割头局部定位
7.2 基于视觉测量的截割头位姿测量误差模型
7.2.1 红外LED特征点中心定位误差
7.2.2 相机外部参数标定误差
7.2.3 红外标靶特征点非共面性误差
7.3 截割头位姿视觉测量精度与稳定性测试
7.3.1 截割头位姿视觉测量算法精度验证
7.3.2 截割头视觉定位误差数值仿真
7.3.3 红外LED光斑中心定位的环境适应性
7.4 小结
第8章 掘进机位姿视觉测量系统性能测试与工程应用
8.1 悬臂式掘进机位姿视觉测量系统实验平台
8.2 悬臂式掘进机位姿视觉测量系统精度测试
8.2.1 悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量精度测试
8.2.2 悬臂式掘进机机身位姿视觉测量精度测试
8.3 煤矿井下掘进机位姿视觉测量工程应用
8.3.1 掘锚一体机机身位姿视觉测量应用
8.3.2 悬臂式掘进机机身位姿视觉测量应用
8.4 小结
第9章 基于双目视觉的悬臂式掘进机位姿测量方法
9.1 悬臂式掘进机双目视觉机身位姿测量方案
9.1.1