为了提高泊松表面重建算法效率并改善重建结果细节表现，采用一种基于混合树的点云搜索方法，平衡了八叉树和二叉树技术关于时间复杂度和空间复杂度的冲突; 并在点云搜索阶段通过引入多个能量项对点云进行密度评估与滤波等，针对点云稀疏部分进行自适应的点云稠密化以保证重建模型的细节与准确度。结果表明，混合树重建算法与泊松表面重建算法及屏蔽泊松算法相比，速度分别平均提升了33%和15%，且能更好地保持重建模型的细节，误差最小。该研究为点云的表面重建提供了参考。

异质材料连接，尤其是金属和玻璃，广泛应用在各种工业产品上。超快激光焊接异质材料是一种快速、清洁和非接触的新技术，近年来得到了广泛研究。采用分子动力学方法对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了理论模拟研究，模拟根据石英玻璃的熔点和弹性常数，构建了石英玻璃的Lennard-Jones（LJ）相互作用势函数。根据铝-石英玻璃之间的黏附功，建立了铝-石英玻璃之间的LJ相互作用势函数，从而在保持宏观特性的同时简化和加速模拟过程。采用耦合到分子动力学的双温模型对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了小规模分子动力学模拟。飞秒激光辐照后，焊接区局部瞬时温度高达10000 K，应力高达20 GPa，出现铝原子向石英玻璃一侧扩散移动的现象。铝和石英玻璃的混合区由于高温粒子的持续碰撞而不断扩大，同时两种材料的混合区域中心向石英玻璃一侧移动，在微观上揭示了飞秒激光作用铝-石英玻璃界面皮秒时间尺度的分子动力学演化过程，为飞秒激光焊接异质材料提供理论基础。

现有图像去雾算法在复原含明亮区域的雾天图像时，存在色彩失真、偏色、亮度低等问题。针对现有算法的不足，提出一种基于指数映射与自适应权重能量函数的单幅图像去雾算法。首先结合图像暗通道值的统计规律，利用指数函数衰减特性，构建清晰图像暗通道与有雾图像暗通道的指数映射模型，并根据所获得的暗通道估计值求解出透射率估计值；其次，根据图像的马尔可夫性，构建基于马尔可夫网的自适应权重能量函数，对透射率进行优化，并使用降采样方法降低算法复杂度；最后，利用优化后的透射率估计值与局部大气光值复原出无雾图像。实验对比结果表明，该算法复原结果视觉效果清晰、色彩保真度高，并且多项客观评价参数在实验对比中取得了最高值，其中直方图相关系数达到了0.4521，高出对比算法的平均表现67.3%。综上所述，该算法较好地解决了包含明亮区域的有雾图像复原问题。

针对红外图像含大量噪声以及对比度低等特点，提出一种结合快速模糊 C均值聚类的改进 Lazy Snapping分割方法。对红外图像使用快速模糊 C均值聚类算法进行预分割，通过形态学骨架提取的方法在图像中标记出目标和背景种子点，将 Lazy Snapping算法由全局分割转化为聚类区域分割，并构造能量函数，通过最小割算法求解能量函数的最小值并使分割效率得以提升，减少了图像存在的过分割现象，使 Lazy Snapping算法由交互式算法变为非交互式算法，实现了红外图像的自动分割，提高了 Lazy Snapping算法的实时性。通过对各类不同红外图像进行分割实验，再与其他分割方法进行性能评价比较，结果表明改进的算法具有良好的分割效果及较强的鲁棒性。

针对当前图像融合算法多采用一个源图像的子带能量函数作为融合系数, 导致融合图像质量不理想, 提出一种基于离散Curvelet变换与自适应能量模型的多聚焦图像融合算法。利用离散Curvelet对源图像进行多尺度分解, 以获取图像的低频子带和高频子带; 将低频子带分割成子块, 利用离散Curvelet系数来构造平均能量函数, 以此建立自适应能量模型; 引入信息熵模型, 对高频子带所包含的信息量进行度量; 通过高频子带所含信息量特征和清晰度特征, 完成图像高频子带的融合。实验结果表明: 与当前多聚焦图像融合算法相比, 所提算法具有更高的融合质量, 其输出图像具备更好的细节表现能力。

针对传统活动轮廓模型(Snake)对初始轮廓要求高、无法进行多目标提取且抗噪性弱等缺陷, 提出了一种新的基于广义似然比的最小方差活动轮廓模型。该算法在区域活动轮廓模型的基础上引入广义似然比信息, 以目标区域和背景区域具有最小方差为准则设计了新的能量函数, 并使用梯度下降法最小化能量函数, 驱动轮廓线不断收缩至物体边界。合成图像和真实图像的实验结果证明, 基于新模型的活动轮廓提取算法对初始位置不敏感, 具有一定的抗噪性, 并适用于多目标场景。

针对多目标跟踪中, 目标瞬间丢失、目标交错或重叠时目标跟踪失败等情况, 本文提出了一种改进的离散连续优化多目标跟踪算法。该方法根据离散连续优化多目标跟踪算法原理, 采用增加速度约束项能量函数以及改进原能量函数的策略, 以达到约束轨迹形态的目的。采用在全局优化后进行聚类处理的策略, 以达到区分不同目标运动轨迹的目的。实验结果表明, 该算法具有较好的鲁棒性, 能够很好地实现复杂图像序列中的多目标跟踪。

用分子动力学方法模拟飞秒激光在氩气（Ar）环境中烧蚀金属铝（Al）靶时，需要考虑氩原子和铝原子的相互作用。组合连接短程和长程2种势能函数，得到了Ar-Al相互作用的势能函数，并利用该相互作用势给出了相应小体系和小尺度下飞秒激光烧蚀的分子动力学模拟结果。该模型在Ar、Al原子距离较近时使用Ziegler-Biersack-Littmark(ZBL)势能函数，距离较远时使用Lennard-Jones(LJ)势能函数，中间距离则使用二次多项式函数。LJ势能函数的参数通过对Ar-Al结合能的拟合获得。将此Ar-Al相互作用势能函数用于氩气环境中飞秒激光烧蚀固体铝的分子动力学模拟，得到了皮秒量级时间延迟下的烧蚀动态图像和此过程中氩气温度、密度的演化规律。

受光学系统离焦、大气扰动、平台振动的影响, 激光主动照明系统捕获的图像容易被模糊, 而传统的去模糊方法难以取得良好的复原效果, 故本文提出基于光纹特征的盲解卷积复原方法来实现图像去模糊。首先将模糊图像降采样, 建立尺度金字塔, 在尺度空间查找光纹特征图像块。随后基于激光主动照明图像饱和像素较多的特点, 提出新的图像退化模型。最后针对模糊核估计、光纹参数更新、清晰图像复原3个步骤, 提出适用的能量函数, 迭代复原出无噪清晰图像。搭建了主动照明系统, 在捕获的激光主动照明图像上进行了实验, 并与现有方法进行了对比。结果表明: 本文方法不仅能够复原出清晰图像, 而且能有效抑制振铃效应, 其客观评价指标峰值信噪比(PSNR)优于已有的其他算法。

在分析航拍图像中电力线特征的基础上,提出了一种基于方向可调滤波的航拍图像电力线检测算法。首先对图像进行方向滤波并计算其方向能量函数和脊能量函数,然后结合图像局部和全局信息对图像中的线段进行拟合,最后通过实验的方法对算法的可靠性和实时性进行验证,该算法的计算量约为EDLines算法的一半。实验结果表明,该算法能较好地检测航拍图像中的电力线,且算法复杂度不高,适合电力线的实时检测。