光谱是一种可以表征物质特性的光学信息, 利用光谱成像仪可以获取处于视场范围内的物质的光谱图像, 成熟的光谱成像技术均需要通过多次采集才能够获取完整的光谱图像数据立方体, 相应系统的时间分辨率比较低, 不适用于动态目标的光谱获取。 快照式光谱成像在动态目标光谱成像方面具有较大的优势, 其中编码孔径快照光谱成像技术是一种将压缩感知计算方法融入到光谱成像过程和图谱重构过程中的光谱成像技术, 在采样过程中完成数据压缩, 具有高通量优势, 可以利用单次曝光的混叠数据, 重构出目标光谱数据立方体, 实现快照式成像, 使得对动态的目标进行监测成为可能。 实现监测需要目标的信息满足稀疏性的假设, 实际目标很难满足这样的条件, 重构误差比较大, 不利于对动态的小目标进行监测和识别。 针对均匀背景中动态小目标的光谱数据获取, 提出一种双色散通道的编码孔径光谱成像方法, 系统由两个通道组成, 每个通道均包含一个光谱仪, 其色散方向互相垂直, 并共用一个前置望远镜系统和编码孔径。 该系统可以实时观测均匀背景区域中的动态小目标。 由于两个通道的色散方向互相垂直, 可以从背景中分离出小目标的位置和相对应的编码。 假设目标出现在视场中前后, 背景的辐射特性变化很小, 利用目标出现前的数据计算出背景光谱; 目标出现后, 通过帧间差分运算, 消除背景辐射的影响, 提取出目标位置对应色散区域中数据, 利用约束最小二乘算法, 重构运动小目标的光谱数据立方体。 进行光谱数据重构, 进行背景光谱补偿后, 获得完整的动态小目标光谱数据。 文章对成像过程建立了数学模型, 并对重构方法进行了仿真验证, 结合编码孔径的统计特征, 使目标随机出现在不同的位置, 统计重构光谱的峰值信噪比概率分布, 并调整目标尺寸, 分析目标尺寸对重构精度的影响, 最后与编码孔径成像系统的两步软阈值迭代算法重构结果进行了对比。 结果表明, 这种方法在均匀背景中, 采用随机编码矩阵进行编码, 目标尺寸小于5×5个像元时, 相对于编码孔径成像系统, 提高了目标的信息重构精度和概率, 并且极大的减小了运算量, 可以实现对运动目标的实时监测。

由单幅图像获取深度是单目视觉测量中的一个难题。根据散焦图像的散焦原理， 得到了单幅散焦测距扩散系数。基于单幅图像中不同区域的图像相关性，提出了替代二次成像要求的约束条件，即采 用图像检测方法检测两个被测区域，结合散焦图像的各向异性扩散模型及区域扩散系数，分别对两个区域图像 进行扩散实现。利用最小能量泛函求解了各个被测区域的各向异性图像扩散方程，进而得到了区域物体 深度。在精度方面，实验结果与利用两幅散焦图像获取深度的传统方法相同。这种方法在测距过程中无需对相机参数进行调 整，提高了单目测距的可操作性。该方法是对现有视觉测量方法的有力补充，能够为视觉测量技术提供更加宽广的应用前景。

介绍了基于偏微分方程(Partial Differential Equations,PDE)各向异性扩散图像去噪的P&M数学模型及各种改进方法，以及引入结构张量的PDE去噪模型和冲击滤波PDE去噪模型，分析各种模型的优缺点，为扩散模型的设计提供了参考。揭示了各向异性扩散去噪与贝叶斯最大后验估计(MAP)去噪的内在联系，通过扩散系数的计算分析几类常用去噪模型的保边性能。阐述了一类特殊PDE去噪模型(总变分去噪模型)与小波阈值去噪之间的相关性，从而可以通过小波系数的范数近似求解一些特殊的变分问题，避免复杂的非线性求解过程。最后对各向异性扩散图像去噪的未来发展进行了展望。

高速导弹光学窗口外存在激波层，为高度不均匀的梯度温度气体介质, 针对其中的热辐射传递开展一种有效数值求解方法研究.基于离散传递法的思想，利用光线传输模型寻找导引头探测口径内的视线路径，推衍出激波层的热辐射强度计算模型，并研究此模型所得激波层热辐射噪声与来流参数之间的关系，给出经验公式.结果表明, 对于3~8 μm红外波段，激波层热辐射噪声在大气层内受飞行高度影响很小，与马赫数关系密切.

在传递对准精度评估中，由于惯导系统模型参数与实际的物理过程存在偏差、系统量测噪声的特性不确定等因素,采用常规的卡尔曼滤波算法往往不能获得理想的滤波效果。为满足传递对准滤波估计的精度和稳定性要求，设计了一种新型平方根自适应滤波算法：即将简化的时变噪声统计估计器串联于平方根滤波过程的时间更新和量测更新之间，使平方根滤波与自适应滤波方法相结合，从而实现抑制滤波过程中的模型发散和计算发散的目的。仿真结果表明，该算法与传统Kalman滤波算法、简化SageHusa自适应算法相比，不仅增强了滤波的收敛能力，而且大大提高了估计精度，能够有效地适用于传递对准精度评估。

提出一种基于光线追击法的CFD湍流场的红外成像模型，用“数字图像”模拟“真实目标”进行仿真计算。通过对比原始图与仿真结果，得出超高声速导弹附面层可引起降晰效应的结论，为弹载计算机的图像复原算法提供了理论依据。按照导引头的工作原理，把模型分为远距离、临界距离和近距离3种类型分别讨论，最后分析了点扩散函数与数字图像处理中降晰模板之间的关系。

针对气动光学传输效应,本文提出一种用坐标旋转法追迹空间任意若干条光线得到光学传递函数(OTF)来计算成像的模型。该方法根据几何光学成像和坐标旋转变换原理,采用基于计算流体力学(CFD)网格的超高声速流场密度数据建立了成像模型,模拟出了流场的降晰效应,并且对仿真结果进行了对比分析。实验结果表明,该模型在一定的精度内反映了现有的气动光学降晰现象。最后探讨了模型的精度及工程应用的意义。

为了解决气动光学效应所引起的红外图像偏移问题,文中采用图像离散模型泰勒级数展开的方法解决成像系统与真实目标相对运动造成的图像小变量质心偏移和角度偏移的识别运算.该方法仅使用两幅图像的数据参与运算且避免了图像质心的位置计算,处理结果表明该方法能够快速有效地计算出图像偏移参数量的数值.

采用迭代盲目反卷积进行气动光学效应图像恢复研究,编制了相应的计算程序,获得了恢复图像和相应的气动光学效应降质过程的点扩散函数,同时讨论了共轭梯度CG算法在盲目反卷积图像恢复计算过程中的收敛性,并提出算法策略.