随着我国经济的不断发展, 高速公路隧道建设的发展也非常迅猛。 前期在隧道的实际工程设计中, 为完全保证隧道车辆通行安全, 隧道内部全线灯具的输出功率和安装布置全部取决于一年四季中最大的洞外亮度值和车辆速度值。 这样的设计尽管充分考虑了安全性, 但盲目的增加隧道照明亮度, 不能够缓解视觉适应的问题。 随着LED在隧道照明中的应用, LED光源光谱的影响逐渐引起人们的关注。 调查研究发现高速公路隧道在出口段交通事故发生率比较高, 主要原因是隧道出口段内外亮度差较大, 驾驶员在驶离时明适应时间较长。 LED光源的光谱呈现双峰结构, 在长波长范围内, 光谱含量差异明显。 明适应的能力主要与两个因素有关, 一是瞳孔面积的变化; 二是感光色素的光化学反应。 不同色温的LED具有不同的光谱特性, 进而通过影响感光色素的合成, 来影响明适应的时间长短。 现在市场上可用的隧道照明LED光源的色温可选范围比较广, 所以实验选取了市场上可用的不同色温的大功率的LED光源作为研究对象, 其色温分别是3 000, 3 500, 4 000, 4 500, 5 000, 5 700和6 500 K等7种。 邀请了30名视觉功能正常, 矫正视力1.0以上, 且无色盲、 色弱等其他眼疾的观察者参加了本次实验。 地点选择在长9 m, 高2.8 m, 宽5 m的模拟隧道内。 实验参数选取3组亮度值, 分别为4, 8和12 cd·m-2; 2个灯具安装高度分别是2.0和2.4 m; 3个安装角度分别是15°, 20°和25°。 共评估了126种照明条件。 实验结果表明: 隧道出口段亮度越大, 明适应时间越小; 当亮度相同时, 随着色温的增大, 明适应时间减小; 灯具安装角度和安装高度对光谱的影响很小, 改变安装高度和安装角度并不能有效的减小明适应时间。 从明适应的角度出发, 通过分析不同色温LED灯的光谱, 为隧道照明设计与应用中出口段LED光源的选择提供数据和理论支撑。

飞机飞行过程中产生的颠簸、晃动会使得采集到的红外图像序列存在抖动，影响后续对红外图像的观察，不利于对红外图像目标的识别、定位与跟踪。本文提出了一种基于改进的 Harris角点法对机载红外图像进行实 时电子稳像的方法。首先采用改进的 Harris角点响应函数结合距离约束条件进行角点检测，该方法保证即使对图像质量较差的红外图像，也能检测出数量足够且分布均匀的角点；然后基于检测出的角点利用提出的关键帧参 考方式结合多尺度的金字塔光流算法进行跟踪匹配，完成运动估计，进而实现对机载红外图像的电子稳像。用该方法对多组含有抖动的 640×512尺寸的红外图像序列进行稳像处理，实验表明，本文提出的算法与传统的 Harris角点检测算法相比有更好的检测效果，能够很好地去除红外机载图像序列的抖动，且能够满足 50 fps采集速率下的实时处理。

针对红外图像中对比度低，细节不清晰，视觉效果模糊等问题，提出一种结合边缘信息的对比度增强算法。首先，使用引导滤波将原始红外图像分解为基础图像和细节图像，并且通过使用对比度限制的直方图均衡来处理基础图像，提高图像对比度，克服“过度增强”现象；利用 Gamma变换处理细节图像，增强细节信息；再将处理后的两幅图像融合成图 ImageSD；然后为了有效地改善 ImageSD的亮度不均匀的现象，对原始图像进行自适应直方图均衡和拉普拉斯锐化滤波；最后，将两个图像进行线性加权并融合以重建出最终的红外图像。结果表明，该方法可以更好地提升原始图像的对比度，丰富细节信息。

提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先，分析了EMCCD输出噪声的组成，根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系，给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法; 讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题，并给出了改进方案; 使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调，解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题; 最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明，系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz，串行转移时钟的幅度重叠率优于50%，并行转移时钟的幅度重叠率优于90%，驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns，驱动波形稳定、平整，电子倍增驱动信号高电平可调，功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题，可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。

提出了基于纯相位调制的传输矩阵通用测量方法,搭建了传输矩阵测量的实验装置。分别利用单位矩阵调制和哈达玛矩阵调制方式进行了传输矩阵测量,并实现了穿透散射介质的光波聚焦。实验结果表明,基于单位矩阵测得的传输矩阵,其聚焦点光强为背景光强的19倍;而基于哈达玛矩阵测得的传输矩阵,其聚焦点光强为背景光强的16倍。

海天类红外图像的增强要求去除风浪等的环境影响,同时增强目标区域的对比度。通过探索几种典型的图像增强算法,结合红外图像梯度幅值直方图特点,提出基于梯度域的海面红外场景增强算法,将低梯度值置零去除海浪干扰,调整梯度范围对结果控制亮度,利用有效梯度范围均衡化增强目标区域的细节。实验结果表明,该算法可以明显降低图像的干扰信息,同时提高目标区域的对比度和信息熵。

目前航天遥感相机还不能预先获取场景光谱辐射信息, 也就不能根据场景内容调整曝光参数。为此, 提出一种“测光、解算、成像”的自适应调整曝光参数方法。为减轻测光相机实际应用时对航天遥感相机重量的影响, 提出了应用大尺度测光相机进行测光, 并提出了依据低分辨图像指导高分辨率成像的方法。首先, 对典型场景曝光统计特征随尺度的变化规律进行统计; 其次, 利用大尺度测光图像进行尺度合并, 并计算各尺度下的曝光时间; 然后, 通过多项式拟合建立尺度与曝光时间之间的函数关系, 进而确定原尺度对应的曝光参数, 从而实现用大尺度测光相机指导航天遥感相机成像。无人机数据结果表明, 该方法适用于各种典型场景, 且利用大尺度拟合确定的曝光参数与用原尺度图像确定的曝光参数误差小于4%。卫星照片数据表明, 测光尺度比超过90倍时, 利用大尺度拟合确定的曝光参数与用原尺度图像确定的曝光参数误差小于6%, 仍能够准确指导高分辨相机成像。

通过数据仿真的方法，仿真理想情况下手提盘煤仪的激光测距数据、姿态数据和定位数据，然后根据实际情况确定各误差参数，并将其依次代入仿真数据中，比较理论体积和代入误差后的仿真体积，得出误差因素对体积的影响规律，并分析了各误差的产生机理，比较了各误差因素对体积影响的大小，该研究结果为手提盘煤仪中重要误差因素的抑制或补偿提供了理论依据。

为提高遥感图像质量，对航天遥感相机系统进行了优化，并提出一种航天遥感相机参数优化方法。在航天遥感相机中设计动态钳位电压值并在航天遥感相机前加装大尺度面阵测光相机，在航天遥感相机推扫某一区域前，测光相机通过低曝光参数和高曝光参数获取该区域图像，实测当前区域的高辐射亮度和低辐射亮度。将高辐射亮度与低辐射亮度的差值设为航天遥感相机的饱和亮度，解算航天遥感相机的曝光参数，并将实测低辐射亮度值设置为钳位电压值。随着卫星的转动，航天遥感相机采用上述曝光参数和钳位电压值完成该位置区域的成像，实现航天遥感相机参数自动调整。地面验证实验表明，通过优化航天遥感相机系统，可在成像前去除大气对灰度层次的影响，提高图像辐射分辨率。根据实验结果统计，图像的灰阶范围可提高80.7%，图像熵显著提升。该方法能够根据当前场景内容充分利用成像系统的动态范围，提高图像的灰度层次和图像质量。