多聚焦图像融合作为一种有效的信息融合方法,在图像处理和计算机视觉领域引起了越来越多的关注。提出了一种基于离散Walsh-Hadamard变换(DWHT)和引导滤波的多聚焦图像融合算法。首先,提出了一种新的聚焦区域检测方法,该方法运用DWHT并计算L1范数得到初始决策图;然后,运用数学形态学方法和引导滤波优化生成最终决策图;最后,由像素加权平均规则和最终决策图得到融合图像。为验证所提算法的有效性,选择3组研究中普遍使用的多聚焦图像进行实验,并将该算法运用于实际应用中采集到的2组多聚焦序列图像,与其余几种算法相比,所提算法在主观定性分析和客观定量评价指标上均表现出明显的优势。实验结果表明,与其他多聚焦图像融合算法相比,所提算法能更有效地从源图像中提取聚焦区域,增强融合图像的细节保留能力和空间连续性。

单像素成像技术在成像速度和质量上已经取得一定的进展，然而，如何在保证成像质量的前提下提升成像速度仍然是一个待解决的问题。对Hadamard系数矩阵中每条斜列上的系数绝对值求取平均值后，发现其具有迅速减小的特征，基于此发现提出了一种自适应斜Z字形采样方法，以实现预期的成像质量和速度提升。实验结果表明，该方法可以有效减少采样次数与数据采集量，兼顾成像质量的同时提升了成像速度。在相同的采样率下，其成像质量优于顺序采样的单像素成像。

研究了利用数字微镜器件生成 Hadamard光调制编码模板的方法, 深入分析了利用该编码模板进行光调制的工作原理及设计中应注意的技术细节。采用原型样机光谱仪对入射激光进行编码成像实验, 光谱反演后提取图像上样本区域内少量像素点的光谱曲线, 发现其光谱峰值恰好在激光波长所在的光谱通道内, 反演后的图像中只有激光波长所在光谱通道的光谱图像有能量分布。实验结果表明运用数字微镜设计的Hadamard编码模板达到了理想的空间光调制效果。

国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证, 但这项技术的研究还不够成熟, 很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律, 提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板, 通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中, 将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中, 光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm, 632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的, 其余的图像没有能量分布, 实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中, 让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像, 在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线, 与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析, 实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。

设计了基于可逆Walsh-Hadamard变换与预测误差扩展的图像水印算法。将载体图像分割为4×４的非重叠子块, 引入Walsh-Hadamard变换, 对每个子块进行处理, 得到其域Hadamard, 提取其直流分量与交流分量系数;基于Adaline神经网络, 确定一个准确的预测系数, 构建线性预测函数, 计算每个交流系数的误差;对交流系数误差完成二进制表示, 根据水印信息对误差进行扩展;考虑像素的溢出或下溢问题, 从所有子块中指定一个平滑扩展块, 通过设计水印嵌入方法, 将水印信息嵌入到扩展块中, 再借助Walsh-Hadamard逆变换, 输出水印图像;构建水印提取机制, 从水印图像中提取初始水印信息。实验结果显示: 与当前水印图像相比, 所提算法具有更高的不可感知性与更低的失真度。

为了克服目前利用短波红外焦平面器件获取图像时难以消除器件自身的非均匀性、难以获得较高信噪比及成本昂贵的问题, 提出了利用单元探测器和DMD(Digital Micro-mirror Device)空间光调制器件, 基于Hadamard变换进行凝视光学画幅式成像的方法.通过实验验证了该方法用于短波红外成像的可行性.对实现低成本、高信噪比的短波红外成像具有借鉴意义.

通过改变采样点数,理论优化了Hadamard变换离子迁移谱(Hadamard transform ion mobility spectrometry, HT-IMS)谱图的采样速率;通过增加模拟的白噪声,分析了 该方法提高谱图信噪比的效果和对分辨率的影响。 初步结果表明,在单次离子门门宽0.4 ms内,采集8个及以上数据点可以完整地反演IMS谱图; Hadamard变换方法得 到的谱图的信噪比是传统IMS谱图信噪比的15.8倍,是相同时间内多次传统IMS谱图平均后信噪比的4.6倍; 变换过程对IMS谱图分辨率无明显影响。Hadamard变换IMS的模拟不仅为采样速率等参数的选择和优化提供理论依据, 而且为下一步实验控制和反演奠定软件基础。

数字微镜器件（DMD）可以灵活高效地实现各阶Hadamard编码模板, 设计了一种基于DMD的光谱分辨率自适应的Hadamard变换成像光谱仪, 分析了仪器的结构和工作原理及实现光谱分辨率自适应的方法。 它可以根据目标景物和观测要求的不同而自适应地调整光谱成像的光谱分辨率, 从而在光谱准确度和数据计算量之间做出合理的折衷, 既满足了对目标分类识别的要求, 又提高了数据传输和处理的速度。

介绍了一种基于DMD的Hadamard变换成像光谱仪的物理模型。 以7阶S矩阵为例进行论述, 通过改进编码模板的设计方案, 使所有色散光谱都能被严格编码为7段。 提出了一种针对复原后光谱图像的修正方法, 以7阶的S矩阵编码, 最终可以获得6幅质量较高的光谱图像。 如以n阶的S矩阵编码, 最终可以获得n-1幅质量较高的光谱图像。 实验结果证明了该方案的可行性和有效性。

长期以来 Hadamard变换成像光谱技术一直受到编码模板的制约而发展缓慢, 然而随着微光机电系统(MOMES)的出现, 基于数字微镜器件设计 Hadamard编码模板为 Hadamard变换成像光谱技术的发展提供了新的契机。介绍了一种基于数字微镜器件(DMD)的 Hadamard变换成像光谱仪的物理模型及其 Hadamard编码模板的设计方法, 该方法控制 DMD将光谱仪的光谱响应范围对应的色散光谱的宽度按照 S矩阵的阶数等分, 在空间上形成循环变化的 Hadamard编码模版。实验表明光谱仪原理样机取得的光谱曲线与辐射度计取得的光谱曲线相似度很高, 有力证明了基于 DMD设计的编码模板对色散光谱的良好调制作用。