针对实时高效处理经纬仪交会数据的问题，提出了一种基于改进分布式处理平台的实时测角数据对齐及异步计算方法。分析了交会算法的耗时原理。根据交会数据实时性高、对时间复杂度过高的算法应用困难的特点，利用分布式平台对实时测角数据进行异步处理，并改进了传统同步交会数据处理流程。试验结果表明，改进分布式平台处理数据效率高，性能稳定，能够满足高时间复杂度算法的嵌入和实时处理需求。

随着高速模数转换器的出现, 数字化脉冲滤波成形算法被广泛应用于核仪器。 现行的滤波成形算法中梯形成形算法输出脉冲宽度可调, 有利于提升核仪器的脉冲通过率; 高斯成形算法具有优越的信噪比, 使得核仪器的能量分辨率较优。 为保留高斯成形算法的优点, 提升其对重叠核脉冲的分辨能力, 必须使其输出脉冲宽度变窄。 该研究在假设输出脉冲形状为高斯函数、 幅度与输入脉冲相等的情况下, 基于傅里叶变换推导了数字化脉冲对称高斯成形算法的递推公式。 该递推公式仅由乘法和加法运算构成, 易于在现场可编程门阵列中实现。 通过对理想脉冲仿真发现: 随着输出脉冲标准差的增加, 对称高斯成形算法成形后脉冲越宽, 对重叠脉冲的分辨能力也越弱; 对称高斯成形算法成形后脉冲宽度比梯形成形后最窄脉冲更小, 说明对称高斯成形算法具有更优的重叠脉冲分辨能力。 通过对18种信噪比的脉冲各10 000次仿真发现: 在同一输出脉冲标准差下, 随着输入脉冲的信噪比增加, 输出脉冲幅度均值先增加, 当信噪比大于55 dB后输出脉冲幅度维持稳定; 随着输出脉冲标准差增加, 输出脉冲更平滑, 结合频谱图发现切断频率亦更小, 说明其去除噪声的能力更强, 有利于提升核仪器的能量分辨率。 在全反射X荧光仪硬件平台上现场测试发现: 随着输出脉冲标准差增加, 谱仪能量分辨率提升了5.42%, 进一步证实了增大输出脉冲标准差可提升噪声去除能力、 脉冲幅度提取亦更准确; 能谱总计数率下降了13.02%, 进一步证实了成形后脉冲越宽丢弃的重叠脉冲亦越多。 上述结论充分证实本文所设计的对称高斯成形算法提升了高斯成形算法的重叠脉冲分辨能力, 并能有效应用于数字化多道脉冲幅度分析器实现脉冲高速实时处理。

光载无线通信（RoF）系统结合了光纤和无线通信的优势，具有大带宽、低损耗、灵活移动等特性，在未来超5G/6G通信网络中有广阔的发展前景。这里实现了传输速率超过100 Gbit/s的偏振复用正交相移键控（PDM-QPSK）信号在基于商用光传送网（OTN）实时处理的RoF系统中的有效传输。分别实验演示了频率为22 GHz、传输速率为125.52 Gbit/s的PDM-QPSK信号在20 km+25 km两跨光纤和频率为60 GHz、传输速率为125.52 Gbit/s的PDM-QPSK信号在20 km+25 km两跨光纤和1 cm无线链路中的传输。结果显示启用开销为15%的软判决前向纠错（SD-FEC）编码可以实现无差错传输。另外，提出在实时处理的RoF系统中采用集成的双极化马赫-曾德尔调制器（DP-MZM）进行偏振调制的新方法，RoF系统降低了系统复杂度，在未来移动数据通信网络中有很大的应用价值。

针对现有的红外偏振图像伪彩色技术只能对采集到的偏振图像进行标量的、非动态的显示, 研究了基于P、S偏振态图像的红外伪彩色信号处理。将P、S偏振态图像信息经过处理后映射到RGB颜色空间, 设计了以TMS320DM642芯片作为核心处理器的伪彩色处理系统硬件电路, 完成了伪彩色信号处理系统的软件设计与调试分析。该红外偏振图像处理系统通过采集被测物体表面反射的红外偏振特性, 获得更多有用信息的同时保证了对红外偏振图像的处理速度, 对于红外目标识别及检测有参考意义。

图像融合时, 两路异源视频输入往往会因为光学系统和空间位置的差异而造成两路图像存在视差, 进而造成图像融合时出现虚边、伪影问题, 因此在图像融合前需要进行图像配准工作。针对当前异源图像配准存在的实时性差导致无法在实际工程中应用的问题, 提出了一种基于RANSAC和互信息的图像配准算法, 通过将不同维度的配准运算划分到初始配准和实时配准中, 同时引入Powell优化算法加速搜索, 在不降低配准精度的同时保持了较高的实时性。最终用所提算法进行了基于Zynq的嵌入式硬件移植和算法加速, 实现了高精度、高实时性的嵌入式图像配准系统。

为了解决常见自动白平衡(Auto White Balance, AWB)方法的场景适应能力不足且实时性较差等问题, 提出了一种基于颜色通道直方图重构的自适应AWB方法, 并使用现场可编程门阵列(FPGA)对所提出的算法进行硬件电路实现, 在校正图像白平衡的同时也确保了系统高速实时处理图像。首先对图像进行限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)处理来提高图像对比度, 然后对图像进行灰度级区间的通道分区统计, 对不同场景类别的图像采用颜色直方图匹配或平移的重构方式做自适应处理。实验结果表明, 该算法在处理图像白平衡时, 相比基于光源估计的AWB算法, 色温校正准确率提高了14%, 对不同色彩场景有更好的适应性, 具有实时处理能力。

为改善sCMOS读出电路工艺偏差导致的非均匀性问题，本文提出了自适应多点非均匀性校正方法。算法首先以搜寻最小范数点、阈值比较的方式分别确定最优分段点的位置以及最佳分段数量，然后再根据这些分段信息在各区间段分别进行两点校正。通过该自适应方法可有效改善传统多点法中由于分段参数选择不当导致的校正性能下降。同时，为实现实时的非均匀性校正，文中根据自适应多点法的算法特点，提出了一种与之匹配的嵌入式数据串流校正方案，可在不影响现有相机采集结构以及采集速率的情况下实现非均匀性的校正。

在雾、霾等天气条件下, 由光学相机所获取的原始景物会出现严重的图像退化现象, 比如对比度及能见度降低、图像模糊等情况。目前在图像去雾领域, 暗通道先验算法对解决上述问题具有良好的效果, 但是考虑到该算法的计算复杂度以及实时性, 无法将其直接移植到FPGA内。因此在暗通道先验算法基础上, 首先用一种大气透射率快速估计方法来降低计算量, 同时改善传统算法出现的Halo现象, 然后采用自动色阶方法对去雾后图像进行对比度拉伸, 改善去雾效果。实验结果表明, 所提算法不仅满足实时去雾的要求, 而且有效提高了图像去雾的能力。

为了解决激光通信系统中对信标光捕获、跟踪与对准的高实时性技术难题, 设计了基于FPGA的高速激光光斑采集与处理系统。首先, 采用高速摄像机与FPGA设计了激光光斑采集与处理硬件电路。然后, 采用中值滤波与形态学滤波对图像进行背景抑制和目标增强。最后, 对滤波后的图像分别计算光斑的形心和质心, 并通过加权平均后将光斑中心位置传输至控制系统中, 控制快速反射镜完成对目标的跟踪。所设计系统的实时提取像素分辨率为256×256, 帧频为10 000 Hz。实验结果表明, 所设计系统能够对包含激光光斑目标的超高帧频图像进行实时处理, 能够提高基于快速反射镜的闭环控制带宽。

目标实时探测是红外成像光谱系统的重要研究方向之一。为了同时保障系统数据处理速度与光谱复现精度, 研究了一种高速光谱反演系统。该系统由现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现, 对干涉条纹图像进行非均匀性校正、加窗切趾, 从而抑制干涉条纹数据中的直流噪声及杂散噪声; 再经快速傅里叶变换、相位校正、光谱标定最终获得光谱分布。结果表明, 本算法对杂散噪声具有很好的抑制效果, 非均匀性系数由11.23%降低至1.05%; 对光谱的反演实验中本系统获得的光谱分布形态与MATLAB结果基本一致, 且在光谱细节部分的准确度更好一些; 系统采用流水线工作方式缩短了数据处理周期, 并且基于FPGA芯片的开发模块具有更强的兼容性。该系统具有处理速度快、体积小、稳定性高、兼容性强等优点, 在红外目标实时探测领域具有很好的应用前景。