白光显微干涉术是微结构三维形貌无损测量的有效手段，但当沟槽深度小于光源相干长度时易产生蝙蝠翼效应。ISO-25178系列规定了由三维形貌计算沟槽深度和线宽两项特征参数的方法。该计算法则首先需要确定阶跃边缘位置，然而蝙蝠翼位于阶跃边缘，造成形貌中的阶跃边缘位置定位困难。本文针对上述问题，摒弃了从三维形貌中提取阶跃边缘位置的传统方法，依据干涉图像中矩形光栅上下表面边缘位置采样点相干峰分布的差异性，提取相干包络峰值位置，并计算得到用于区分阶跃上下表面的掩膜。本文提出的方法从垂直扫描干涉图像出发，同步实现三维形貌复原和阶跃边缘位置定位，继而准确、高效地计算沟槽深度和线宽。本文以两种不同特征参数的矩形光栅作为检测对象，比对了测量结果与标称值之间的偏差，并对测量过程中的误差项进行了分析。实验结果证明，本文方法具有良好的重复性和鲁棒性。

受动态范围的限制,传统的CMOS相机需要通过曝光时间控制和自动增益控制方式减小像素饱和与溢出的影响,以获得目标场景的清晰信息。若要同时获取目标场景的暗场和亮场图像,必须扩展CMOS图像传感器的动态范围。提出一种基于二值化图像叠加的CMOS相机动态范围扩展方法。该方法利用曝光时间按对数变化的一系列二值化图像进行叠加,拓宽了CMOS相机的图像探测动态范围,即使在亮度变化很大的环境下也能实现强信号和弱信号的同时探测,从而获得目标场景清晰的灰度图像。实验结果表明,与传统CMOS相机成像相比,二值化叠加CMOS相机的相对动态范围最高可拓宽8倍以上。通过图像亮度曲线对比,发现二值化叠加CMOS相机具有有效的对数响应输出。二值化叠加CMOS相机能有效减少图像亮处的饱和溢出和暗处细节信息的丢失,在高亮和背光处均能获得完整清晰、亮度均匀的图像。

针对传统混沌激光雷达系统结构复杂和成本高的问题, 文章提出了采用现场可编程门阵列(FPGA)和任意波形发生器(AWG)两种发射方案, 基于改进的Logistic映射公式实时动态生成数字混沌信号。将在电上生成的数字信号调制到直调激光器上生成光域的混沌信号, 混沌光信号作为激光雷达发射信号, 进而配合光学收发系统搭建成套的激光雷达探测系统, 对一个反射率为50％的待测物进行距离测量, 无需复杂的光学结构即可实现厘米级别的准确测距。通过实验比较连续和二值化处理后的混沌信号测距效果, 发现二值化混沌信号的测距准确度比连续混沌高一倍以上, 对于不同频率下的方波、正弦波和混沌干扰信号具有更强的抗干扰能力, 展现出更大的应用优势。

为了解决浮选气泡图像现场光照不均、相互黏结、无背景等造成的直接形态特征提取困难问题, 提出一种浮选气泡NSCT域(Nonsubsampled Contourlet Transform, NSCT)的多尺度等效形态特征提取及识别方法。通过NSCT变换将浮选气泡图像分解为低频图像和多尺度多方向高频图像; 采用模糊集方法二值化低频子带图像, 得到气泡亮点图像, 提取亮点个数、平均面积、标准差和椭圆率作为等效形态尺寸特征; 结合方向模极大值及差分盒维法计算各高频子带方向的分形维数; 最后, 将多尺度多方向等效形态尺寸特征作为输入, 采用量子门节点神经网络对三类浮选气泡图像进行状态识别和分类。实验结果表明, 该方法提取的等效形态尺寸特征与分类的相关性高, 能对三种类型浮选气泡图像进行有效的状态识别, 平均识别准确率达95.1%。本算法的识别准确率较几种流行算法而言有较大提高, 适用于动态变化的浮选工况。

针对具有复杂背景的陶瓷瓦表面裂纹检测困难的问题,提出了一种基于主成分分析的陶瓷瓦表面裂纹检测算法。首先,将陶瓷瓦彩色图像转换为红色通道图像进行预处理;然后,采用主成分分析的方法重构陶瓷瓦图像,将预处理图像与重构图像进行差分处理,得到具有裂纹信息的图像;最后,采用二值化和形态学处理,提取裂纹的参数信息。实验表明,该算法可以检测出具有立体形态结构和复杂背景干扰的陶瓷瓦裂纹,相比其他算法检测速度快,准确率高达96%。

获取基于激光散斑的深度图像时存在匹配精度低、计算量大,以及在面对不同测量环境时鲁棒性差等问题,为此,提出了一种基于激光散斑的半稠密深度图获取算法。为解决鲁棒性差的问题,采用局部自适应二值化对散斑图像进行预处理,保证了窗口描述子的光照不变性;在测量精度方面,通过聚类算法提取出每个散斑的中心像素坐标,提高了每个散斑的位置准确度;在匹配成功率方面,将窗口描述子进行卷积得到简化的描述子,在减少计算量的同时增大了匹配成功率。最后根据匹配准则得到散斑配对点,再根据三角测距原理得到了每个散斑的深度值。实验结果表明:所提算法的鲁棒性较强,精度较高,提高了匹配成功率。

受光照条件和噪声影响, 采用摄像方法检测裂缝时, 常用的边缘提取算法适用性较差。为此, 提出累积梯度算法用于计算裂缝边界。首先采用自适应二值化方法和图像形态学操作得到掩模图像。将掩模图像作用于原始图像, 得到扩充的裂缝区域图像。对该图像进行迭代膨胀, 对图像灰度值相加得到累积灰度值, 再用膨胀前后2幅图像的累积灰度值相减其差值最大时为累积梯度, 并将膨胀前的图像作为提取的裂缝。实验结果表明该方法能够在复杂背景下提取得到裂缝。

保偏光子晶体光纤快慢轴的检测是保偏光子晶体光纤应用的关键技术。针对保偏光子晶体光纤端面空气孔数量多、尺寸存在差异及噪声和伪边缘干扰圆心定位精度的问题, 提出一种双峰均值二值化法粗定位和径向扫描三点法精定位相结合的方法。采用双峰均值二值化法实现空气孔重心的粗定位; 利用大空气孔定方位, 选取两个具有结构对称的空气孔区域, 去除粗大误差点, 径向扫描法确定边缘三点进行圆心精定位, 并利用半径阈值减小误差。实验结果表明, 该方法能有效分割光纤端面图像, 圆心偏差小于0.2个像素, 为光纤定轴打下必要的理论基础。