为实现远距离、高灵敏的三维成像,开展了光子计数计算鬼成像研究。通过振幅型空间光调制器,实现了基于离散余弦变换矩阵和Walsh变换矩阵作为测量基的结构光照明,采用单光子探测技术实现了700 m距离、高灵敏的三维成像。对比研究了快速傅里叶变换算法和迭代优化算法的重建结果。研究表明,相同采样率时,离散余弦测量基作为观测矩阵时重建图像的误差比Walsh观测矩阵小,但Walsh观测矩阵重建图像的分辨率更高。计算鬼成像分辨率理论上不受接收镜头衍射极限限制,但实际受接收镜头集光效率、单光子探测器计数率、积分时间等影响,本文搭建的实验系统实现了成像分辨率达到接收镜头瑞利衍射极限分辨率2倍的成像结果。光子计数计算鬼成像无需转台或扫描镜等移动部件,具有弱光条件下凝视远距离目标并进行三维成像的能力。研究方法对基于光子计数的单像素成像技术和计算鬼成像技术研究具有一定参考价值。

高灵敏度磁场测量技术在空间探测、**反潜、生物磁场测量和地质探测等方面发挥着重要作用。为了提高磁力仪灵敏度同时减小磁力仪体积,本文设计了一种全光结构的原子磁场测量方案。首先基于探测光偏振调制技术,设计了原子磁力仪的总体方案。在此基础上,重点研究了小型化磁传感Rb原子气室、无磁电加热、激光器稳频和偏振调制等关键技术。目前已完成实验室测磁原理的验证。

针对新型虚拟LED显示屏提出一种基于平滑滤波器的虚拟显示模型和控制方法，该方法与传统方法相比能在降低数据带宽的条件下提高虚拟显示的灰度等级。分析了户外发光二极管显示屏(LED)的显示原理，指出提高LED显示器分辨率和灰度是提升其显示效果最直接的方法。介绍了传统虚拟显示的实现及控制原理和存在的问题，然后针对目前的虚拟LED显示屏提出一种虚拟显示的建模及控制方法，再用模拟和实验验证该方法的可行性及效果，最后与传统的虚拟显示建模及控制方法做对比。实验结果表明，使用本文提出的建模和控制方法呈现的图像清晰，图像细节不流失，准确地还原了图像原来真实的情况。本文提出的虚拟显示建模和控制方法能够准确还原图像信息，可以用于新型的虚拟LED显示屏。

构建了一种发光二极管(LED)显示屏灰度等级调制模型以实现其灰度调制并获取优选扫描时钟。根据脉宽调制的特点，将灰度调制过程分为基本灰度等级调制和扩充灰度等级调制来构建灰度等级的调制模型。通过分析模型各参数关系，提出一种优选扫描时钟的选取方法和扫描时钟富裕系数的概念，并在此基础上总结了LED显示屏显示控制优化途径。最后，通过硬件平台验证并实现了该灰度等级模型。实验结果表明：对于4扫的LED显示屏，选取最小响应脉宽小于等于40 ns的驱动芯片可使刷新率为300 Hz、移存长度为128个像素点、灰度等级为14 bit的优选扫描时钟为10 MHz，同时其亮度利用率达到90%，最大扫描时钟富裕系数达到3.5。采用该模型实现灰度等级调制，可以满足LED显示屏的显示要求，可应用于实际工程项目。

为了快速计算出LED显示屏的色域边界, 提出一种迭代求解映射线与色域边界交点进而拟合每个色相面内色域边界的算法。首先根据LED显示的色度学原理给出了颜色是否在LED显示屏色域内的判断方法。然后在CIELAB均匀颜色空间中, 分析了迭代算法的原理,确定了迭代计算初始值,并进行了计算精度和速度分析。最后以D65为参照, 在等色相面内进行了LED显示屏色域边界的拟合实验及色差分析。实验结果表明: 11次迭代运算后, 拟合色域边界已非常光滑, 每条映射线上的色域边界点真实值和计算值最大色差仅为0.23。与插值类计算方法相比, 最大色差值和计算速度分别降低和提高了一个数量级。本文算法在计算精度和速度上能够满足对LED显示屏进行色域分析和与其他显示设备进行色域映射的要求。

针对色域映射过程中快速并精确地计算出任意映射线与色域边界交点坐标的问题, 提出一种基于改进的CORDIC算法的迭代逼近求解方法。该方法利用CIE LUV 颜色空间的特性可沿映射线逼近边缘交点。无需边界搜索和插值计算过程, 可大量节省存储器资源和计算时间, 并具有较高的计算精度和广泛的适用性。文章详细分析了算法的计算原理、精度和速度, 并以LED显示屏为例, 在D65标准光源下进行边界拟合并做出误差分析。实验结果表明: 12次迭代运算后, 拟合边界非常光滑, 最大色差值仅为0.16, 计算500个映射线交点的总计算时间约为1 s。与插值类计算方法相比, 最大色差值降低了2.15, 计算时间从10 s降低到1 s, 速度提高了近10倍。

针对LED显示屏以模组为最小单位进行拼接而出现模组发生空间畸变的问题，提出了基于CCD相机采集并利用图像处理技术定位检测LED显示屏模组畸变度的方法。首先，根据LED像素在采集图像上的光型分布，利用canny边缘检测方法结合闭合填充算法将LED点阵像素分割；然后，利用被分割出的空间区域信息和灰度信息，采用加权质心法对每个LED像素进行亚像素级的加权定位。接着，以模组拼接的LED显示屏为例，构建了模组畸变模型，并根据畸变模组和理想模组的线性关系利用最小二乘法进行拟合；最后，利用梯度下降法求得每个模组的畸变参数。实验结果表明：采用这种方法测量多种模组LED点间距的精度为0.5mm，模组畸变特征参数的测量过程中，角度测量精度为1.3°，位移测量精度为2.2mm，基本满足自动影像测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求，并可在户外机械检测无法测量的情况下应用。

针对基于CCD相机采集方式的亮度校正方法需要从采集图像中分割出每颗LED像素的亮度信息的问题，提出面积约束下的最优阈值分割法。在最优阈值分割法的基础上，根据先验信息引入面积约束条件，对阈值的取值范围进行约束。与传统的最优阈值法相比可以避免分割后LED像素区域连接的情况。面积约束下的最优阈值分割法生成采集图像的灰度直方图，利用最优阈值算法结合面积约束生成最优阈值，最后通过图像的阈值分割法将采集图像分割。实验表明，该方法可以比较好地分割出采集图像中的LED像素，并可避免当LED像素点分布密集时应用最优阈值法分割LED像素造成的区域连接问题。

随着全彩LED显示屏显示面积日益增大及在各个行业内的应用逐步深入，不同用户对屏幕信息显示提出了诸多需求。文章旨在提供一种高分辨率，高色彩深度的LED显示控制系统模型，该模型解决了绝大部分高分辨率全彩LED显示屏的显示需求。