目标发生旋转和尺度变化等时会导致跟踪算法出现目标丢失和精度大幅度下降等问题。因此解决目标在运动过程中出现的旋转以及尺度变化问题成为当前的研究热点。提出具有旋转特性的目标跟踪算法,该算法以Hamed等提出的 BACF(background-aware correlation filter)为基准,保留BACF算法中的定位,将笛卡儿坐标系下的目标特征转换到极坐标系下,并采用傅里叶-梅林公式来计算目标旋转角度和尺度的改变,在公开数据集POT上进行验证和比较,发现经过改进后的算法在目标旋转时,矩形框可以跟随目标发生旋转,并且本文算法在POT数据集上的准确率和成功率具有大幅度的提升,分别为0.6561和0.5930,旋转特性准确率和成功率分别为0.9619和0.8527。

针对极坐标式直接稳像平台结构和间接稳像平台的四反射镜成像光路结构, 推导其两框架运动所引起的像旋角度。结果表明俯仰框和滚转框的运动均会引起像旋。四反射镜间接稳像结构像旋随着离轴角增大, 滚转框运动所引起的像旋角度也逐渐增加, 在小离轴角时, 滚转所引起的像旋也较小。直接稳像结构像旋角度与滚转框架角的正切值成正比, 与俯仰框架角的余弦值成反比。仿真结果表明, 四反射镜结构像旋比直接稳像结构的要小, 对成像质量影响小。

对星模光学系统中各种像差对几何中心位置的影响及像差对显示星点能量中心位置造成的偏差进行了分析与综合评估.分析结果表明，视场位置越大的星点产生的像点能量越不均匀，重心偏移越明显，系统中慧差和畸变对于星点能量中心影响较大.根据球面镜组成的共轴光学系统性质可知，能量中心的偏移发生在星点所在极半径方向上，因此提出了一种基于极坐标的星点位置修正方法，只需在星点所在方向对极半径进行修正.该方法简化了基于二维坐标轴分区修正的过程，减少了数据计算量.利用极坐标修正方法对星模拟器修正前后的单星位置误差进行了测试，实验结果表明极坐标修正过程较以往修正方法简单快捷，且修正结果更加准确.

在离子束抛光设备研制过程中，离子源扫描运动方式的选择是很关键的，一般分为直角坐标方式扫描和极坐标方式扫描两种。根据两种扫描方式的特点，在极坐标系统下进行直角坐标扫描方式加工。该种方法采用直角坐标扫描方式下的驻留时间计算，算法相对简单。该种方法在极坐标系统下进行加工，同等情况下可加工圆形镜面的口径比直角坐标系统下更大些；而且离子源的可移动区域是一条直线，其余地方可以摆放其他设备，空间利用率较高。对这种新思路进行仿真分析，证实了其具有可行性。

对于单站的被动目标跟踪, 在笛卡儿坐标系下建立跟踪模型, 并用扩展的卡尔曼滤波(EKF)进行预测, 得到的结果通常是不稳定且容易发散的。针对这种情况, 提出了在修正的极坐标系下建立状态模型, 摒弃传统的EKF算法, 采用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法, 通过采样逼近非线性函数。数字仿真结果表明: 在修正的极坐标中利用UKF算法得到的结果比EKF算法具有更快的收敛速度和更高的估计精度, 且稳定性更好。

铸币图像的配准是基于图像识别的真伪币鉴别及瑕疵检测的重要步骤.针对铸币图像的特点，提出使用边缘纹理替代灰度信息作为图像配准的特征；配准算法使用极坐标系投影等多种积分投影方法，通过计算样本图像与模板图像投影曲线的互相关函数与最大互相关参数得到平移、旋转、缩放参数，并以多次迭代，实现铸币样本图像与模板图像的精确配准，为基于图像识别的真伪币鉴别及瑕疵检测提供良好基础.

研究了一种在有多种纹理叠加的复杂图像中进行单一纹理提取的算法。首先采用极坐标方法分析纹理频谱的环型和楔型特征并求出纹理分布的周期和方向特征;然后根据这些特征在频域中构建环型和楔型Gauss带通滤波器对纹理频谱进行滤波;再将滤波后的频谱图像转换到时域中就得到了只保留相应纹理成分的图像;最后经过纹理区域矫正处理后就可以提取出真实的纹理。实验结果表明,该方法可以准确提取出图像中叠加的多种纹理,并能完整保留每种纹理的基本特征,在纹理分布不均匀的区域也能提取出纹理的骨架。

介绍双螺旋叠栅条纹检测光束准直性的基本原理,进一步就双螺旋叠栅条纹的特征参量与被测光束发散角(即光束准直精度)的关系进行分析和推导。在分析双螺旋叠栅条纹进行时,首先采用频域低通滤波提取纯叠栅条纹,然后提取纯叠栅条纹的特征参量。提出两种特征参量的提取方法,一种依次进行傅里叶变换计算相位信息的傅里叶变换方法,另一种是受传统时间相移算法启发而提出的空间相移算法,讨论了在两种方法中极坐标的重采样问题和相应的计算公式,并进行了计算机模拟。结果表明,傅里叶变换方法和空间相移算法实质都是获取叠栅条纹全场趋势的平均值,使最终光束发散角的检测具有很高的精度,对自成像条纹周期的检测误差在±2.8‰以内。