基于成像式光电容积脉搏波的非接触式心率测量方法受到环境光干扰会严重影响心率信号的辨别与提取,为了解决这个难点,提出了一种基于自寻优归一化最小均方误差算法的心率信号降噪方法。该方法可根据原始心率信号和背景信号中光线变化的趋势,在归一化最小均方自适应滤波器的基础上,通过最小均方误差自动地调整最优控制因子,最大化地去除拾取的图像中的光照干扰。通过与指夹式脉搏血氧仪实际测得的心率结果对比,在光强剧烈变化的条件下,两种方法测量得到的心率平均值的Pearson相关系数为0.95,平均绝对百分比误差为2.16%。本文方法极大地提高了成像式光电容积脉搏波对环境光的抗噪能力,大大提升了成像式光电容积脉搏波测量方法的实用性、可靠性和稳定性。

头部姿态估计是视线追踪的重要组成部分,但相关研究大多利用人脸的二维(2D)图像进行计算,因此,提出了一种基于双目相机的眼动仪三维(3D)头部姿态估计方法。首先,建立空间坐标系与人脸本征坐标系;然后,利用Dlib库检测双目图像的人脸特征点,并求取对应特征点的视差及3D坐标;最后,结合人脸对称性计算3D头部姿态的欧拉角,并提出了一种俯仰角修正算法。为了验证本方法的精确性,利用模特人头和高精度光学仪器构建了双目头部姿态数据集。实验结果表明,本方法测量欧拉角的平均误差为1.08°,均方根误差为1.25。相比基于2D图像的OpenFace方法,本方法的精度更高、鲁棒性更强。

针对可见光定位的信源在空间传输中抗干扰能力差、易失真,且接收信号的信噪比(SNR)会随传输距离的增加而显著降低等问题,设计了一款线性调频(LFM)信号同步检测的时域匹配滤波器。该匹配滤波器的特点是结合了过采样与互相关正交算法,将它应用在LFM信号的可见光定位中,可以有效地提高信号传输的距离。基于现场可编程门阵列器件完成了LFM时域匹配滤波器的逻辑设计与集成。在长距离可见光通信的同步检测实验中,在6 m通信距离内,该匹配滤波器同步检测的正确率超过99%,这为将来采用LFM信号进行可见光定位的应用奠定了基础。

头部姿态估计广泛应用于多个领域,大多基于二维图像,而三维(3D)头部姿态估计与人脸三维重建结合的相关研究较少。利用重建的头部三维信息,可以为估计头部姿态提供更多有效的数据信息,能大大提高头部姿态估计的精确度和准确度。因此,将基于结构光三维重建和3D头部姿态估计相结合,重建人脸三维形貌并实现3D点云可视化。同时提出一种3D头部姿态估计算法,搜索鼻尖和鼻梁,建立空间直角坐标系和人脸本征坐标系,利用人脸的垂直对称性估计头部姿态欧拉角。利用模特人头进行实验,基于结构光三维重建的3D头部姿态估计算法的欧拉角在-25°~25°范围内均可测量,绝对误差的平均值和标准差均小于1°,测量平均值与真实值的线性相关度达99.8%。与基于二维图像的头部姿态估计相比,本文算法具有更高的准确度和鲁棒性。

针对基于光谱信息的分类算法分类精度不佳的问题,提出了高斯线性过程和多邻域优化的高光谱图像分类算法。首先,对原始样本数据进行高斯滤波和线性判别降维处理,然后通过多元逻辑回归模型对数据进行分类,得到数据初始预测标签,再联合局部像元空间位置信息确定预测标签的置信度,通过三层串联的邻域优化层对初预测标签进行校正处理,得到最终的分类结果。将所提算法与其他算法在Indian Pines、Pavia University、Salinas高光谱遥感数据库上进行对比实验,实验结果表明:所提算法在分类精度和时间效率上有更好的性能。

激光多普勒电泳光散射法是测量胶体溶液中纳米颗粒表面Zeta电位的标准方法之一, 然而该技术的测量准确度往往受低频噪声分量以及自相关函数自身误差的影响。为了提高该技术的测量准确度和重复性, 采用基于希尔伯特-黄变换的分析方法。该方法对散射光强自相关信号进行经验模式分解, 剔除低频噪声以及自相关函数自身误差的干扰, 再对信号进行重构。仿真结果和实验结果均验证了该方法是可行和有效的。

基于压电陶瓷(PZT)的逆压电效应实现了光波的移频,测量了不同电压幅值大小和驱动频率时PZT的移频特性。通过控制PZT的微位移驱动,使得光波的光程发生线性变化,从而改变光波的频率。通过光外差检测光路,检测了光波的微小频率变化量。结果表明,驱动频率较小时,能产生相对稳定的移频量;当电压一定时,驱动频率越大,移频量的测量值偏离线性值越大。PZT的驱动电压和频率选择在合适的范围,可以提高PZT的移频性能。