利用快速傅里叶变换FFT将图像信号从空间域转换到频域进行分析,使快速卷积、目标识别等许多算法易于实现;然后根据图像信号的灰度结构特征和频谱分布,用Butterworth带通滤波器和二维维纳滤波器进行滤波处理,去除图像信号中的低频干扰和噪声信号;再利用傅里叶反变换将信号还原.结果显示,处理后的模拟远程高空卫星照片轮廓清晰可见.

金属光栅编码器可以在恶劣环境条件下有效而稳定地工作.本文介绍了一种新的基于不同反射层反射率差形成莫尔条纹的原理的反射式金属光栅.反射式金属光栅光栅盘基材与光栅盘加工及光栅信号的提取,与传统玻璃光栅盘有很大区别.因此,反射式金属光栅编码器的制作有较高的难度.我们通过采用新的工艺方法来制作金属栅编码器,主要解决了光栅制作、信号提取和光电信号处理这三个关键问题.

为了实现两个不同方位的目标在同一视场中成像,通过反射镜将摄像机视场分成两个部分,这样光程相等的两目标便能在同一视场中成像.在堆芯摄像中,根据这一原理设计了具体的光学结构,并对光路进行了具体分析,同时对实际使用中的标识符进行了验算,表明该设计是合理的.

数字闭环光纤陀螺可以看作一个数字控制系统,根据陀螺工作原理推导出系统离散传递函数.为消除稳态误差及改善零偏稳定性,数字控制器中加入积分环节和滑动平均滤波器,并引入PID控制算法改善系统动态特性.根轨迹分析表明,控制器增益过大将引起系统不稳定.仿真结果显示,加入综合所得数字控制器,可以满足陀螺实际应用需要.

研制出一种景象模拟器光源需要的照度精密控制系统.该系统由测试主机发出光强指令给灯泡,PLC定时采集灯泡的照度值与预设的照度电压值比较,计算后发出驱动信号给模拟量输入输出模块,控制光源产生与测试主机光强指令相应的光,形成对光源的闭环控制,使灯的照度值满足景象模拟器的使用要求.该系统控制精度高,在需要严格控制光强的成像领域具有较强的实用价值.

设计并制作了一种全固态大功率半导体激光阵列恒温散热系统.它利用半导体制冷器对大功率半导体激光阵列吸热,然后经由风冷散热.经测试,单bar激光阵列连续输出功率达到15.28W,双bar阵列输出达27.8W时,全部达到风冷散热控温精度±0.1℃;当环境温度达到45℃时,仍然能够保证激光阵列的正常使用.

锁相环由鉴相器、环路滤波器及压控震荡晶体组成,是一个能跟踪输入信号频率和相位的闭环自动控制系统.研制的激光脉冲调制系统采用锁相技术,以单片、集成锁相环代替分立元件,实现了片内鉴频和鉴相的功能.研制的腔倒空驱动器能够输出4MHz,800kHz,400kHz,80kHz,40kHz,8kHz,4kHz,800Hz,400Hz等不同重复频率的脉冲信号,输出功率达到瓦级,满足了声光布拉格池的要求.该激光脉冲调制系统已经应用在皮秒时间相关单光子计数光谱仪系统中,取得了比较理想的效果.

航空相机拍照时难免会产生像移,要提高成像质量和相机分辨力必须进行像移补偿.推导出前向像移、飞行器俯仰、滚动和偏航产生的像移及其误差计算公式,以美国KS-146航空侦察相机为例,计算出前向像移的大小数量级在10-3,而其它像移量大小则为10-4数量级,提出在航空垂直拍照时前向像移占主导地位,应作为像移补偿的主要方向,同时提出在航空相机设计中通过缩短曝光时间和提高快门精度等途径来减小像移、增强航摄图像的清晰度.

本文介绍了用于水、电、气三表集抄系统的光电编码角位移传感技术.光电编码器测量出数字轮当前角度,它有20个编码,采用5个发射管、5个接收管和2个码道的设计方案.直读表具的数据通过集中器采集到管理系统,实现了三表的集抄.

用AFM对蓝色OLED的空穴传输层LiBq4/ITO和LiBq4/CuPc/ITO表面扫描.结果均呈岛状结构.LiBq4沉积在ITO上成膜较差,在CuPc上成膜较好.说明加入CuPc能有效改善LiBq4的成膜质量.XPS对样品表面In3d和Sn3d的电子状态分析也证实ITO表面沉积LiBq4膜存在裂缝,加入CuPc可抑制裂缝出现.分析指出,CuPc由于Cu(Ⅱ)离子半满的dx2-y2轨道在卟啉环平面内和氮强烈作用形成离域大π键,使LiBq4的沉积状态改善.

针对CT三维医学图像特点,将三维医学数据分块,通过平滑处理和边界交迭减小分块失真,将SPIHT算法与SPECK算法结合,帧内采用SPIHT算法,帧间利用SPECK编码算法,组合算法提高了压缩效率,优于单一的算法.

在JPEG2000无损编码方案中增加一步预处理而提出了一种新的编码算法.这种算法在编码端增加一项简单的预处理运算,在解码端增加了逆预处理运算.算法十分简单,在时间上没有明显增加,而在压缩比上有一定程度的提高.试验结果表明,采用这种编码算法时,压缩比可以提高20%;理论分析也证实,只要能够保证减小图像的整体方差就能改善压缩比.该预处理也可应用于其它无损压缩算法.

在嵌入式设备中,利用CCD采集高分辨率、高质量的图像是实际工程应用的需要.为此,提出了一种CCD视频图像采集系统.它由CCD图像传感器、视频输入信号处理器SAA7111A、MC9328MXL、帧/场存储体(SDRAM)以及LCD等组成,并采用双帧轮换存储方式.通过比较SOF(Start Of Frame)中断和DMA(Direct Memory Access)传送结束中断,有效地解决了图像数据丢失的问题.嵌入式CCD视频图像采集系统具有体积小、灵活性高、可以实时(25帧/s)有效地采集图像等特点.

介绍了一种应用动态规划技术的图像匹配方法.该方法以区域相关为基础,通过在相关系数平面上寻找最佳路径来实现图像匹配.采用了规定视差搜寻范围,盒滤波技术和顺序一致性设定路径走向等办法优化匹配策略,加快匹配速度.用VC++编写的算法对图像对进行匹配时,能实现快速准确的匹配.

要用一幅图像在三维欧氏空间中重构三维场景,尤其是动态的三维场景,常用的点结构光、线结构光扫描法不能满足要求.一个有效的方法是采用伪随机编码结构光照明主动视觉技术:用编码结构光照明被测场景,因为伪随机编码阵列中任一子窗口阵列都唯一,所以通过对场景图像中编码窗口的查寻,可以确定图像中编码点在编码阵列中的位置,从而使场景被测表面每一个特征点都具有唯一的代码,能唯一被辨识,并最终得以重构.

在基于CAN总线的嵌入式系统中,采用ARM7TDMI内核的16/32位RISC MCU是独立的地址和数据总线,而CAN总线控制器是利用地址锁存信号ALE来复用数据地址总线.为了实现MCU与CAN总线的透明连接,提出利用可重配置技术,在一块FPGA上实现MCU与CAN控制器之间总线的转换.软件仿真和实际应用表明,可重配置模块能够很好地满足时序要求,真正实现了透明的无缝传输.

基于PCI总线的接口设计通过PCI接口控制芯片S5933,双端口RAM和可编程逻辑器件实现主机同各外围设备间的数据交换.用户应用程序调用利用WinDriver编程的设备驱动程序提供的各函数接口来操作硬件.

在用拍星法标校高精度测角设备过程中,针对通常采用天文授时存在的授时难、理论值误差大等问题,提出了应用GPS授时时角拍星法进行拍星标校.授时精度的提高和新时角算法的运用,大大提高了拍星标校的理论值精度,标校精度可达5"以内,并在高精度测角设备上得以应用.

针对PC/104嵌入式计算机处理器主频较低,存储空间较小以及功能简单等特点,借鉴已有的嵌入式系统的成功经验,提出了优化Linux操作系统的方案.该方案从编译环境的构建、内核的修改和配置、启动步骤的建立、运行环境的配置、文件系统的选择等方面着手,在PC/104下实现了小型化、快速化和稳定化嵌入式Linux操作系统.

μC/OS Ⅱ内核是一个源码公开的嵌入式实时多任务的操作系统内核,具有可移植、可裁剪、速度快等特点,适合于要求实时和多任务的嵌入式体系.因此,利用它进行实时多任务的嵌入式系统开发,可以充分利用操作系统的任务调度机制,任务间的同步与通信、实时时钟服务及中断管理等服务,有效地管理和控制复杂的系统资源,从而提高应用系统的实时性、高效性及可靠性.

基于MPEG-Ⅳ编解码技术和RTP/RTCP网络传输协议,设计出一种以高速DSPTMS320C6205为核心处理器的实时图像信息处理传输系统(IPTS).系统的总体构架采用Client/Server模式,由现场视频信息采集前端、信息中心和视频信息传输网络构成.该系统融合了先进图像处理技术、信息技术、数据通信传输技术及自动控制技术等,能实时地采集和处理图像信息,并进行网络传输和控制,是一种范围大、方位全、实时、准确和高效信息综合处理系统.

分布式虚拟环境的动态共享状态是所有关于虚拟环境的不断变化的信息,而维护动态共享状态是建立分布式虚拟环境的重要环节.提出并比较了维护共享状态的三种策略:集中式信息存储策略、高频率状态再生策略和DR技术策略.集中式信息存储策略提供了很高的一致性,然而代价是高的带宽开销、减慢的吞吐量,以及各主机间的依赖性增强;高频率状态再生策略牺牲了数据的绝对一致性,但能保证数据的最终一致性并且减少了各主机间的依赖性;DR技术策略提供的数据一致性很差,但节省了带宽并增强了各主机的自主权,可支持大量的用户.

通过对光互连网络排序算法的研究,提出利用二分法构造二分图依次确定内外节点开关的连接状态,得到可重排无阻塞的Omega网络,Banyan网络和Crossover光网络,每种光互连网络都可实现8×8信号全排列无阻塞的输出和排序.针对二分法互连函数不一致的问题,继而采用优化的Looping Algorithm算法,生成路由标签确定各级节点开关的状态,从而得到互连函数相同结构简单性能优越的光网络.

以太无源光网络的上行方向需要一种多址接入技术来防止以太数据包的碰撞.时分多址技术应用广泛,而波分多址技术极具潜力,是发展的方向.基于时分多址技术,提出了一种改进的动态带宽分配算法,结合了轮询机制和申请的优先级.通过建模仿真,证明了该算法可以取得较小的平均包延时和较高的带宽利用率.

针对光电跟踪伺服系统提出了一种新的控制算法.该算法将模糊控制与经典滞后超前控制结合起来,在保持原有系统精度的前提下,使光电跟踪伺服系统的动态性能得到了极大的改善.仿真结果表明,采用该算法后系统的ts<0.1s,σ=0.采用经典的描述函数法对模糊控制系统进行了稳定性分析,说明系统是稳定的.

利用MATLAB/SIMUNKK的代码产生原理,针对以c6201 DSP为核心的图像处理平台,开发目标跟踪实时仿真库,建立了目标跟踪实时仿真系统.在此环境下可将算法模型快速生成DSP可执行程序,并可直接运行.此环境为算法研究者建立了算法到DSP程序开发的桥梁,使算法快速得到实时验证,大大节省DSP程序移植的时间.

为了解决目标在发生旋转、尺度及平移等几何变形时的自动跟踪问题,提出Sobel边缘检测与L-M优化结合的Gabor小波目标提取与跟踪方法.该方法自动寻找目标的小波特征点,在跟踪过程中不断优化特征模板的旋转、尺度以及平移等几何变形参数,使得小波特征向量值在最小平方和意义上与初始值相匹配,实现目标跟踪.实验结果表明,该算法能够有效地提取目标特征,在目标尺度变化达到50%,角度变化10°,旋转90°等不利条件下实现了可靠跟踪.

分析了机械谐振频率对经纬仪系统性能的影响,在传统双T网络的基础上,提出了一种改进的数字滤波器.该滤波器可以通过适当的参数修改达到控制机械谐振点陷波幅值的效果.实验表明,本文提出的改进的数字滤波器滤波效果好于传统的双T网络滤波器.

提出了一种新颖的用于滑坡监测的多目标微位移图像监测系统.利用目标的微小形变反映在CCD获取的图像对应特征点位移的性质,运用光学重心等算法来确定目标是否超出安全警戒范围.结合步进电机和经纬仪对目标方位的精确定位能力并通过电台的控制,实现多点目标的遥控测量.系统的监测距离为500m,实验达到的测量位移分辨率为12mm,光斑重心坐标检测的重复精度优于0.7μm.

针对复杂场景条件下运动目标检测方法存在的局限性,提出了一种基于运动检测和静止图像分割相融合的算法.采用相邻帧差法结合建立的假设检验模型进行自适应的运动目标检测;为消除孔径效应和噪声的影响,根据运动目标检测的结果,在当前帧利用区域增长法融合运动分割的结果.试验结果表明,算法能从复杂场景的图像序列中有效地检测和提取出运动目标,并有很强的鲁棒性.

大气湍流是由于大气温度、压强的随机变化引起大气折射率随机改变而产生的.遵循这一原理,热风式湍流模拟装置对传输光束周围的空气加热,用风扇抽吸热空气产生湍流,通过改变加热温度和风扇的转速,模拟不同强弱的湍流.用哈特曼传感器对该装置进行测量并采集数据,通过波前斜率处理复原波前,在此基础上从时间域和空间域等方面分析所产生湍流的特点,并与理论进行比较.结果表明,该装置能产生基本符合大气湍流统计理论的湍流.

大气激光通信系统的误码率不仅受到振动时振幅大小的影响,而且受到光学发射天线孔径的影响.通过数值仿真,分析了孔径分别为17.5mm,20mm,25mm的光学发射天线,在其振动时对大气激光通信误码率的影响.分析表明,在一定距离下,选取产生大光斑的孔径,能提高系统对振动的抗干扰性.这为合理选择光学发射天线的孔径提供了理论依据.

根据大气激光通信系统中的信道特点,选择了RS码作为纠错码,以纠正大气信道中的突发错误和随机错误.在RS码的译码器设计过程中,提出了使用流水线算法在FPGA上实现脉冲位置调制(PPM)信道中RS码的译码模块的方法.测试结果表明,用CPLD实现的RS编译码系统与PPM信道匹配良好,能够纠正3位错误,系统最高速度达到100Mbit/s,功耗为0.8W.

在传统锁相环的基础上,提出并设计了一种数字锁相环,其在大气激光应急通信系统中的功能是用输入信号预处理得到的准同步信号去同步当地时钟信号,使之相位保持一致.该数字锁相环采用闭环反馈跟踪方法,并用CPLD器件予以实现.在MAX+PLUSⅡ环境下的仿真试验表明,该锁相环锁相误差小、抖动小、可靠性高;与传统锁相环相比,该设计编程方便,工作可靠.

D V WILSON对以太网研究表明,网络业务流呈现自相似性[1],自相似对网络的服务质量有很大影响.光突发包的组装是光突发交换的关键技术,它极大地影响光突发交换的网络性能,不同的组装算法对自相似的影响不尽相同.仿真结果表明,突发包的组装算法在一定程度上不仅能减少自相似性,而且能降低分组阻塞率.

为了在紫外波段200～350nm,窄带宽1nm的情况下实现消偏,在Lyot型消偏器的基础上,设计了一种由两块厚的石英延迟片组成的消偏器.应用矩阵光学理论计算了该消偏器的剩余偏振度,并得到了消偏条件.建立了测试系统并在实验上验证了消偏效果,得到了6.5%的剩余偏振度,与理论计算有较好的一致性.分析了测试误差来源,提出了用多片组石英来提高消偏效果的途径.

提出了电光和旋光晶体中相移的精确计算方法.计算了电光和旋光效应中,当外界电场方向和传播方向任意时晶体的折射率.用作者建立的斜入射时晶体的相移公式研究了相移随入射角和方位角的改变.如果选择适当的方位角,相移对准直的灵敏度将有所改进.

靶场观测中存在大量不发光和表面温度接近常温的低温目标,根据它们的光谱辐射特性、背景辐射特性和大气透过率与目标距离的关系,分别选择了中波和长波红外探测器对降落伞进行气球放飞试验.试验结果表明,长波红外探测器对常温目标的探测要优于中波红外.选择分辨力320×256的碲镉汞探测器作探测能力实验,以SNR≥5为可探测条件,当目标表面温度大于260K时,对直径5m的降落伞的作用距离可达50Km.

介绍了离子束溅射技术改善薄膜均匀性的两种方法.研究了修正板技术,根据工程需要将修正板技术应用于行星转动条件下的光学薄膜的均匀性修正.分别研究了靶摆动和不摆动的情况下,淀积薄膜的均匀性修正.实验结果表明,修正后的均匀性结果优于1%,能满足实际应用的要求;靶摆动修正的均匀性结果优于修正板技术.

现代微电子工业迅猛发展,对电子设备的精度和功能也提出了新的要求.电子-离子双束纳米工作站是扫描电子束和聚焦离子束技术的独特融合,突破了只能对表层成像和分析的局限,它可以对样品进行三维的、表面下的观察和分析,也可以切割、研磨样品材料和沉积特定的材料,用它可以获得以前无法得到的样品信息.该工作站为研究人员和制造人员提供了一种对多种样品在纳米尺度进行修改、制作和分析的有效工具.

介绍了扫描振镜及其驱动电路的结构特点,分析了位置信号在扫描振镜系统中的作用.利用数据采集系统对扫描振镜的幅频特性进行了测试,借助图像采集系统和图像处理方法对扫描振镜的位置进行了标定,验证了振镜系统中位置信号与振镜的偏转角的线性关系.

光度测量系统需要实时采集并存储光子计数值.针对其高频特点,提出了基于FPGA技术和PCI总线实现高速实时光子计数采集的方法,在FPGA内部构造双计数器,很好地实现了无缝计数,从而降低了光子计数的误差.采用S5933 PCI控制芯片设计的集成采集卡,通用性强,在实用中完全满足高速实时要求.

设计了星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统,它包括补偿校正环节、驱动功放环节、以光学望远镜和跟踪架为被控制对象的机械操作环节以及视轴稳定回路.选择直流力矩电机作为跟踪架驱动元件,以提高系统的跟踪精度.利用Matlab进行系统特性仿真的结果表明,设计的系统相角裕度为69°,幅值裕度为35.8dB,截止频率为10rad/s,调节时间为0.7s,具有良好的跟踪性能,达到了预期的要求.

研制出一种新的车辆轮对落轮非接触自动检测设备.该设备利用CCD,PSD型激光位移传感器、涡流传感器以及数据采集系统完成轮对相关尺寸的数据信号采集,并由工控机对各数据进行融合处理,实现轮对左右两轮饼近十个参数的非接触精确测量.现场使用表明,该设备的测量精度优于±0.1mm.

针对皮秒时间相关单光子计数光谱仪中多道分析仪传输速率不高的情况,在荧光光谱测量中的多道定标技术的基础上,提出了采用PCI总线的数据采集卡改进方案.该方案以存储器中不同的地址作为测量中不同的道,将以FPGA实现的高速计数器按选定时间间隔的计数结果存入相应道中,存储器中数据经PCI总线读入内存并分析处理,从而取代原系统中的多道分析仪.实验结果显示,数据采集卡传输速率达到20MB/s,比多道分析仪提高了200倍.

根据光学三角测量法的原理,设计了一套测量机车受电弓滑板磨耗的装置.该装置包括检测、电源和控制三大部分,检测部分是主体,由检测手臂、磨耗编码器、激光距离检测传感器和中心线光电传感器组成.装置在计算机的控制下对滑板进行自动检测,测量结果经软件处理后得到磨耗曲线.应用结果表明,该装置的磨耗检测精度为0.5mm,达到了铁道部的技术指标.

在比较了以往采用的接触网导线高度检测技术后,开发出基于激光相位测距原理的接触网导线高度检测系统.该系统利用激光高精度测距法测量安装在受电弓上的反光板到电力机车顶部的距离,得到接触网导线实际高度.激光测距的设计精度达0.3mm,接触网导线高度测量的精度为±5mm.采用差光检测电路,并安装刮尘刷和聚焦透镜来进一步减小误差,提高系统性能.系统在贵阳-贵定段应用时,在时速32km/h测得公里标为599.015km,599.052km,599.068km处的接触网导线高度分别为6536mm,6552mm,6493mm.

以光纤陀螺工程测量为例,提出了精确测量矢性物理量的矢量调制法.依据调制解调原理和线性系统理论,矢量调制法使用机械转动方法,将输入信号在进入传感器之前调制成为正弦波;由于线性传感器的频率保持性和叠加特性,对传感器输出信号解调,将得到准确的输入响应,由此去除常见的传感器偏置、偏置的漂移、干扰与噪声.与其它抑制测量误差的方法(最优估计、滤波等)相比,提高测量精度效果更明显.初步实验表明,使用低精度光纤陀螺能够测量地球自转角速率,能够从mV级直流量、峰峰值(-18mV,1mV)的噪声和干扰中分离出北向地速响应,与北向地速响应的计算值0.03mV接近.

从激光测距机的噪声构成分析入手,寻求提高脉冲LD测距机测距能力的方法.脉冲LD测距系统的噪声主要包括热噪声、散粒噪声、背景噪声、暗电流噪声及放大器噪声.在一定的光功率,暗电流情况下,LD测距的测距能力更容易受背景噪声的影响.研究表明,LD测距系统中探测器偏压的变化只补偿温度变化,由此提出,在背景光照射较强时让背景噪声参与偏压调整从而抑制背景噪声的方案.实验结果证实,强背景下的信噪比提高1倍以上,测距能力提高1倍.