快速傅里叶变换是激光多普勒测速系统信号处理的一种常用方法，但在异步采样时存在频谱泄漏和栏栅效应，其处理精度偏低。为了提高检测精度，提出基于Nuttall窗函数和五项最大旁瓣衰减窗函数的混合卷积窗改进六谱线插值校正算法。混合卷积窗在保证良好的旁瓣特性的同时也能保证主瓣不过宽，改进六谱线插值可有效抑制栏栅效应在参数估计过程中的负面影响，提高分析精度。为了避免解高次方程，提出三次B样条插值来拟合插值系数，并推导出改进六谱线插值的频率校正公式。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台，利用仿真数据和实测信号验证了本文算法在低信噪比环境下有较好的频率和速度测量精度。

为了满足精密测量和红外与可见光图像配准对图像边缘定位的高精确度和高抗噪性的要求, 提出一种基于三次 B样条小波变换和 Franklin矩结合的亚像素级图像边缘检测算法。首先, 利用三次 B样条小波窗函数对图像边缘多层分解, 根据小波模极大值原理对各层检测得到初始边缘信息, 随后将其边缘点与多尺度范围下 3×3邻域内的点进行比较, 将模值和幅角相近的点保留, 建立新的边缘图像。然后, 建立亚像素边缘模型, 根据 Franklin矩旋转不变性原理, 分析图像边缘旋转至一定角度之后各级 Franklin矩之间的关系, 得到计算亚像素边缘点的模板关键参数, 将模板在小波变换得到的新边缘图像上移动并与其覆盖下的子图进行卷积运算, 进而得到图像的亚像素级边缘点。实验结果表明, 并与当下表现较优的 3种算法进行对比, 本文提出的基于三次 B样条小波变换和 Franklin矩结合的算法精确度更高且抗噪性更强, 能够更好地满足对于红外与可见光图像配准稳定可靠及高精度测量的要求。

叶片是航空发动机的重要部件,由于工作环境恶劣,容易出现损坏。对损坏的叶片进行修复是比较经济的做法,模型重构是航空发动机叶片修复的关键技术之一。为此提出了一种基于散斑视觉测量的叶片模型重构方法。采用散斑视觉系统采集叶片曲面散斑点;通过散斑点立体匹配得到局部点云数据;通过点云拼接得出叶片整体点云;根据叶片点云曲率提取边界点,通过三次B样条曲线对叶片点云边界点进行拟合,得出叶片包络曲线;利用包络曲线和点云重建叶片模型;进行了实验验证,证明了方法的可行性。

为了快速有效地获取散乱点云中的边界特征点和边界线,提出了一种融合改进场力和判定准则的点云特征规则化算法。利用改进的k-d(k-dimensional)树搜索k邻域,以采样点及其k邻域为参考点集拟合微切平面并向该平面投影,在微切平面上建立局部坐标系以将三维坐标转化成二维坐标,利用场力和判定准则识别边界特征点;依据矢量偏转角度和距离对边界特征点进行排序连接;通过改进的三次B样条拟合算法对边界线进行平滑拟合。实验结果表明,该算法能够快速有效地提取边界特征点,且拟合后的边界线偏差量级为10 ^-5 m,具有较高的精度。

为了计算补偿用计算全息图的刻线位置, 需要对光线追迹得到的离散相位数据进行拟合。为此详细推导了均匀三次B样条和非均匀三次B样条的基函数, 介绍了各自对应的曲面拟合方法。以一块抛物型离轴非球面数据为例, 对其非对称的离散相位分布进行了三次B样条曲面拟合。拟合结果表明, 三次B样条曲面拟合能使拟合面经过所有数据点, 保证拟合精度, 且得到的连续的相位补偿函数表达式结构简单(最高次数只有3次),还能根据实际情况优化采样点数量, 控制计算量。

在设计自由曲面光学元件零补偿检测的计算全息图(CGH)时,利用光线追迹可得到散乱分布的离散相位点,需通过插值得到连续的相位分布函数,以计算CGH刻线位置。采用双三次B样条插值法,对散乱分布的离散相位点进行拟合并用较少的采样点满足精度要求。利用双三次B样条的矩阵表达式及CGH加工相位函数在所加载频方向单调递增的性质,简化了求解插值曲面与x-y平行平面精确交线的方法,高精度地求取了相位型CGH的上下沿刻线位置。最后给出了一例用于自由曲面干涉零补偿检测的CGH图样。

在成像型全向激光告警系统中，大视场探测与精确定向构成一对矛盾。为提高全向激光告警的定向精度，需要对激光光斑进行亚像素级的精确定位。在分析了鱼眼镜头大视场聚焦探测像差引起的光斑非对称性，并且信息量不足，不易于实现亚像素激光中心定位的基础上，提出通过镜头离焦的成像方式探测激光，使得激光在成像面上形成一定大小的弥散圆形光斑。在面阵探测器获取光斑采样像素点的基础上，通过双三次B样条插值曲面重建圆形光斑。并提取一定灰度值的光斑圆周插值点，作为圆形光斑边缘。通过快速Hough算法计算圆心，从而实现光斑中心的亚像素精度定位。通过实验对比验证，说明该方法可有效地提高激光光斑中心定位精度。