二值条纹投影技术能够避免三维测量系统中非线性影响，降低测量误差，为了优化二值条纹正弦质量，提高测量精度，提出了一种二值编码结合误差扩散的三维测量方法。以单周期正弦条纹特定方式采样点作为二值编码对象，在时间域上对采样点进行等区间划分，使用误差扩散算法对各区间对应的灰度区域进行处理生成相应的二值图像，在投影仪聚焦投影状态下代替传统正弦条纹获取较高质量的相位信息。在此基础上，采用“S”形路径扫描改善了条纹正弦性。实验结果表明，所提方法生成的正弦条纹相比传统四步相移算法，能够有效提高测量精度，具有良好的正弦性。对比实验证实，所提算法优化后相位误差减少24.19%，正弦条纹质量进一步得到提升。

二值条纹不受三维测量系统非线性伽马效应的影响，同时能显著提高投影效率。基于此，提出一种复用加权二进制编码条纹方法以实现三维测量。首先，对传统正弦条纹的灰度进行特定均匀采样，使用二进制编码条纹方法生成8幅二值条纹。然后，对二值条纹组合进行唯一化处理，将4幅相异的二值条纹投影到被测物体表面，对采集到带有物体表面调制信息的二值条纹进行复用二进制加权运算，生成调制后的正弦条纹。最后，对该方法开展了多组对照实验。实验结果表明，所提方法将用于加权生成正弦条纹的二值条纹优化为4幅后，仍然可以保持良好的测量精度和效果。所得标准球的局部点云与拟合标准球的平均距离，相比于传统三步相移技术降低了72.3%。

提出一种数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术。为了满足动态测量的需要, 利用数字投影仪的最大化刷新帧率和最高条纹频率设计, 将二元编码条纹代替传统的8 bit数值正弦条纹使投影仪刷新率由传统60 Hz提高到数千Hz以上。通过编码满足抽样定理的最小周期二元条纹, 利用数字投影仪的最优投影帧率性能, 即可以在数字投影仪上实现投影条纹的最小等效波长, 也可以实现计算莫尔条纹的优化提纯, 进而从源头上有效提高计算莫尔轮廓术(CGMP)的测量精度。通过与傅里叶变换轮廓术(FTP)和高精度计算莫尔轮廓术(HCGMP)的对比实验验证了该方法的可行性和有效性, 表明所提方法具有较高的测量精度, 通过在线运动“心型”物体的测量表明所提方法可以满足在线和动态三维测量需要。

正弦结构光场普遍应用于精密光学的三维测量,其正弦性直接或间接影响三维测量的精度。根据正弦条纹的周期性和对称性等几何特征,以计算机产生的标准正弦条纹单个周期作为编码对象,提出一种“S”型路径误差扩散的二元编码方法。整个正弦结构光模板通过周期性复制编码单元来实现,再通过高分辨率光刻技术加工制作在镀铬玻璃基板表面上。模板调制照明光源后,表征二元编码特征的高频信息直接被投影光学系统滤波,而表征正弦条纹信息的低频信息得以保留,从而实现正弦结构光场。最后建立光学系统的光学传递特性模型,对其固有的低通滤波机制进行解释。通过计算机模拟和实验进行验证,结果表明提出的正弦结构光场编码方法和制作工艺具有可行性。

光谱二值和多值编码技术能够实现目标光谱的快速匹配、 识别和分类等应用, 但这类量化编码方法会损失大量的光谱细节信息, 且不能解码出与原始光谱近似的重构光谱, 应用有限。 为了解决上述问题, 提出一种高阶残差量化的光谱编码新方法HOBC(high-order binary coding)。 首先, 对光谱向量进行去均值的规范化处理, 得到值域为(-1, 1)的光谱序列; 然后, 求解规范化光谱的±1编码、 编码系数和残差(即一阶残差); 基于一阶残差, 逐阶解算2至K阶残差的±1编码及其系数; 最后得到K个编码序列及其系数, 即为HOBC的编码结果。 选择典型波谱库数据集, 对比光谱0/1二值编码BC01(binary coding with 0 and 1)、 光谱分析编码SPAM(spectral analysis manager)、 二值/四值混合编码SDFC(spectral derivative feature coding)和DNA四值编码等4种方法, 进行了光谱量化编码和解码重构实验, 分别统计了光谱形状特征和斜率特征编码的信息熵和存储量、 光谱形状特征编码与原始光谱之间的光谱矢量距离SVD (spectral vector distance)、 谱间Pearson相关系数SCC (spectral correlation coefficient)和光谱角SAM (spectral angle mapping)。 结果表明, 在编码存储量上, HOBC的1～4阶编码分别与以上4种编码相等; 在编码信息熵上, HOBC的1～2阶编码分别与BC01和SPAM相等, 而HOBC的3～4阶编码分别高于SDFC和DNA编码; 在SCC上, HOBC1阶编码与BC01相等, 而2～4阶编码均分别优于SPAM, SDFC和DNA编码; 在SAM方面, HOBC 1～4阶编码均分别明显优于4种对比方法; 4种对比方法不能明确解码重构, 而HOBC可简便重构出与原始光谱近似的解码序列, 且SVD逐阶递减。 进一步, 基于临泽草地试验站公开光谱数据集, 进行了10类地物目标的光谱编码和监督分类实验, 实验结果表明, 在Kappa系数, 总体分类精度和平均分类精度等3种性能评价指标上, HOBC均明显优于4种对比方法, 尤其是, HOBC 4阶编码优于原始光谱的分类性能; 对样本数量较少且类间相似性较高的难分类地物, HOBC亦具有优于其他算法的鲁棒性。 说明HOBC编码在大幅压缩数据量的同时, 其编码序列能保留较高的信息量, 且具有较高的光谱可分性, 可用于光谱高精度快速识别和分类; 其解码重构序列与原始光谱序列具有较高的相似性, 理论上可适用于目标识别和分类等应用。

针对联合变换相关器(JTC)多图像加密系统对于加、解密灰度图像时, 解密图像质量不理想的问题, 利用前期提出的一种灰度图像二值编码方法, 设计了一种基于灰度图像二值编码的JTC多图像加密系统。该系统将灰度多图像的加、解密问题转化为二值多图像的加、解密问题, 可有效抑制加、解密过程中产生的非饱和噪音, 提高图像解密质量。仿真结果表明, 相同条件下在基于螺旋相位模板拓扑荷数复用的JTC多图像加密系统中使用灰度图像的二值编码图像进行加、解密相对于直接加、解密灰度图像, 其相关系数值有显著提升, 再使用中值滤波抑制解密图像中的饱和噪音, 可进一步提高解密图像质量。

针对在道路导向箭头的检测和识别中支持向量机(SVM)多分类器的识别效率下降的问题,提出一种利用简单二分类SVM通过对结果的自定义二进制编码实现导向箭头多分类的方法。对导向箭头感兴趣区域(ROI)图像进行Harris角点粗检测,利用改进FAST-9(Features from accelerated segment test-9)算法对伪角点进行筛选,根据最终获取的角点集合中纵坐标最大的两个角点位置分割图像获得待识别区域;再利用几何不变矩特征训练SVM分类器;对分类结果进行二进制编码,从而实现单一种类SVM下多种导向箭头的分类。算法在实拍获取的500帧图像中进行测试,识别率优于96.8%。结果表明:所提算法不需逆透视变换,利用一种SVM二分类器即可实现导向箭头的识别,有效提高了导向箭头识别的准确率和运行效率。

基于邻域分析的相移法不适合阶跃场景测量且往往会造成相位误差的积累，为此提出了用于获取绝对相位的对称式和非对称式二元阶梯相位结构光编码方法.两种方法编码图案不同，对称式编码方法编码图案黑白条纹的宽度相等，非对称式不等.通过投影多帧二元结构光编码图案，结合相移法相位提取公式获得阶梯相位.测量时，基于传统正弦条纹投影和相移法获得高准确度包裹相位，并用阶梯相位确定对应包裹相位的级次.根据级次直接进行相位展开，进而获得绝对相位.以量块作为测量对象，两种方法的测量均方根误差达到0.072 mm.两种方法均能够有效还原阶跃场景，实现三维重构.

分析了采用错误减算法的迭代过程,在已知物波函数傅里叶谱的振幅和物波函数振幅的情况下恢复出纯相位的物波函数,最大限度地保留物波的振幅及相位信息。提出采用余弦二值编码生成二值全息图,即全息图的透射率函数取0或1。二值全息图通过数字微镜器件全息显示系统进行了重构显示,重构效果很好。理论分析了数字微镜器件的衍射效率,表明其最大衍射效率仅和微镜之间的间隔尺寸与微镜边长之比有关。余弦二值编码方法从理论上消除了零级衍射,可以制作像素较多的全息图。

提出一种新的数学编码方法来计算小波变换,并利用非相干光学相关器进行实验,结果与理论分析相符。这种算法原理简单,操作方便,且精度可望达到极高。