针对地球模拟器"轻量化、小型化"的要求,开发出基于PCI总线的测量和控制系统.该系统对光栅位移信号进行电子学倍频及辨向处理以提高测量和控制精度;采用"填脉冲"测温方法,根据周期内填入的脉冲数,计算温度信号的周期,再利用软件算法得出温度值;将弦臂控制和角度测量结合在一起,以测得的角度值作为反馈,和步进电机组成闭环位移控制系统.利用PCI9052接口芯片及XC2S30 FPGA大幅度提高了系统的处理速度,简化了系统结构.实验表明,轻量化小型地球模拟器使用该系统后,温度控制范围达到26°10℃,精度为°0.3℃;滚动及俯仰角度控制范围分别为°36° 和°61°,控制精度均达到1′.

为了能从运动背景中检测其中的运动目标,并进行跟踪,提出一种基于小波变换的分层匹配跟踪算法.利用小波分解的多层子图进行分层匹配,估计整个背景的运动矢量;利用差分算法从运动背景中检测出多个运动目标,计算出多个动目标的形心坐标,绘出各动目标的运动轨迹.该算法与传统的块匹配算法相比,滤除了原图像的高频噪声,防止了在含噪原图像上进行块匹配不准确的缺点;另外,在低频分量图像上N×N范围进行块匹配,相当于在原图像上2nN×2nN的范围进行匹配搜索,搜索速度快.当相邻两帧背景运动向量小于10个像素,运动目?晗喽员尘暗脑硕蛄啃∮?个像素时,实验结果证明了此算法的有效性和可行性.

提出一种有效的车载图像配准稳定算法,这种算法的关键技术包括:一是采用由粗到精、由局部匹配到全局配准的两级配准策略,即在粗配准阶段,利用基于灰度投影均值的SSDA改进算法进行快速模板匹配;精配准时,借鉴联合直方图区域记数法的思路,在灰度信息的统计特性空间上巧妙定义一种全局准则函数,既能保证精度又摆脱了大量的浮点运算.二是在运动滤波时通过自适应选取滑动窗口的长度,降低了图像序列的抖动,同时防止过稳现象的发生.实验结果表明,该算法的平移配准误差°+0.254,+0.083°远远小于1个像素,且在一定硬件平台上稳定单帧图像需要14.7ms,仅为同精度其它算法的1/3,从而满足了车载图像系统的实时性和精度要求.

通过微扰理论分析了超短孤子在色散缓变光纤(DDF)中传输的时间抖动.结果发现三阶色散和拉曼散射分别影响了孤子的位置和频率,是决定时间抖动大小的重要因素.在光纤的拉曼系数一定的情况下,选择不同的三阶色散参数,系统的时间抖动存在一个最小值.当DDF的三阶色散参数为接近零的一个负值的时候,系统时间抖动最小,这个负值与拉曼系数和传输距离有关,其绝对值随传输距离的增大而增大.在采用色散缓变光纤进行超短孤子传输的系统设计中应该重点考虑三阶色散的影响,当DDF的三阶色散参数较大的时候,必须对系统的三阶色散进行补偿,使时间抖动达到最小,能够极大地增加了孤子的传输距离.

在高速光截法三维面形测量中,由于光截面之间距离增加,物体表面的不连续性将容易导致错误的三角网格化,引起面形重建的畸变.由此,提出了一种新的快速面形重建方法.这种方法在三角网格化时考虑截面中心的移动,并通过引入权值函数来调整连接状态;用连接加权法构造三角网格,提高了网格连接的准确性;通过调整光截面中心消除了由三角网格化错位造成的影响.理论分析和实验结果表明,该方法具有与其它快速方法相同的运算复杂度O(N),而面形恢复的准确度明显优于传统方法.

提出一种基于Bezier曲线的红外图像边缘检测的循环移位算法.为抑制红外图像中的噪声的影响,利用Bezier曲线法平滑图像灰度直方图中的噪声,得到Bezier直方图.利用提出的"循环移位法"探测Bezier直方图曲率曲线的极大和极小值,确定分割阈值和量化灰度值,实现对原始红外图像的分割,对分割后的图像进行边缘检测.实验结果表明,新算法简单有效,在准确检测红外图像边缘信息的同时又能抑制图像中噪声的影响,定位精度高,而且能够得到单像素边缘,在性能上优于传统的几种边缘检测算子.

针对激光陀螺随机游走噪声其非平稳和非正态分布的特性,提出了基于小波变换的卡尔曼滤波的RLG降噪方法,该方法既具有小波变换对自相似过程的去相关作用和多分辨分析的功能,同时又保持了卡尔曼滤波器对未知信号的线性无偏最小方差估计的特点,实现了激光陀螺随机游走噪声的实时多尺度分解和最优估计.实测激光陀螺零偏信号去噪的结果表明,基于小波变换的卡尔曼滤波器使随机游走噪声的标准差降低了10.3%,降噪效果优于传统的卡尔曼滤波器.

针对红外焦平面探测器现有非均匀性校正算法在实际应用中存在的问题,结合实际系统的开发,提出了一种改进算法--一点加两点校正算法.先求两点校正算法的校正增益和校正偏置,再求一点校正算法的校正偏置,求取一点校正算法的偏置参数时的图像数据来自前面求得的两点校正之后的数据,即最后的校正结果是两点校正后的再校正.理论分析和应用表明该算法与目前流行的算法相比具有实时性好、误差小、处理效果好等特点.

研制了一种适于空间曲线型微细管道的曲率检测器.该检测器主要由激光光源、关节、PSD传感器三部分组成.在管道内壁的约束作用下,出射激光和PSD传感器的中轴线的夹角将随着管道曲率的变化而变化.根据光学三角原理,可以求出该夹角的大小,然后结合检测器的结构参数可以计算出管道相应位置的曲率半径.该曲率检测器的总长度为34mm,重约为6g.在微型管道机器人的驱动下,可以实现微细管道的曲率半径测量及其中轴线的三维描述,对管道曲率半径的相对测量精度达到±2%.

地平式、X-Y式光电跟踪系统存在空间跟踪盲区.三轴光电跟踪系统通过跟踪方式切换可以解决空间跟踪盲区问题,但视轴偏角使得脱靶量到轴转动量的转换不同于常规地平式跟踪系统,同时使系统具有不可见区域.分析和仿真表明:视轴偏角较小时,脱靶量与轴驱动量的转换可用常规地平式跟踪系统中的方法近似,否则,需用不同的计算方法;在三轴跟踪系统退化成的地平式跟踪系统的天顶跟踪盲区外即可进行跟踪方式切换.

图像高低频畸变(即不均匀)会导致射线数字检测系统检测灵敏度的下降和误判,而造成畸变的原因是系统中射线源强度分布不均匀、闪烁体屏发光不均匀、镜头渐晕、科学级CCD暗电流和光响应不均匀.在此分析的基础上提出了一种校正方法,该方法利用实验得出校正矩阵,通过软件校正,先校正CCD暗电流和光响应不均匀性,再对其它三个因素合并校正.在便携式X射线源下,对三号透度计在15mm均匀钢板上的图像进行了校正实验,结果表明,灵敏度由校正前的1.67%提高到1.33%,图像不均匀性得到明显改善, ?占浞直媪Υ笥?.5lp/mm.系统具有检测灵敏度高(≤1.5%)和适应射线能量范围大(50keV-15MeV)的优点.

提出了一种利用测头等效法和迭代标定法确定激光单点测头方向的方法.该方法通过求解从激光测头的一维坐标向三维坐标转换的变换矩阵确定激光测头在测量机直角坐标系中的方向.利用测头等效法将激光测头等效为接触式测头,保证它在标定过程中的测量值不变,使其能测量空间的一个固定点,从而确定了求解变换矩阵的"共轭对";利用迭代标定法保证了"共轭对"的确定满足测头等效条件,使变换矩阵的解(激光束的方向)逐步趋近于理想值.实验表明,当测头的一维测量精度为0.0128mm时, 利用?浠痪卣笞坏玫降娜莸木任?.0173mm, 这证明利用该方法所确定的激光单点测头的方向具有较高的精度.

通过监测与所接收的激光弥散斑相对应的输出信号的变化率可以对探测器进行实时非接触测量, 从而实现以双四象限探测器为接收器件的产品的在线检测和质量控制.介绍了以Labwindows/CVI为开发平台的双四象限探测器的测试、分析系统.建立了探测器接收弥散斑与输出信号变化率的关系模型,采用三次样条插值函数提高欠采样时ns级极窄光电脉冲信号峰值的求取精度.通过实验得到了探测器接收弥散斑与光敏面直径的最佳比值为0.5.研究结果表明,弥散斑直径测量的分辨力为0.0096mm,峰值电压测量幅值?直媪?.1mV.

为了提高自准直仪的测量精度和降低人眼瞄准的劳动强度和主观误差,提出一种基于机器视觉的二维自跟踪视觉准直测量系统.该系统由光学准直仪、CCD和图像采集卡等组成.以面阵CCD代替人眼对自准直仪的十字分划板图像进行瞄准;采用图像不变矩自动搜索算法和hough变换、亚像素细分等方法实现对小角度的自动精确测量.实验结果表明,该系统测量范围达到±15',最小分辨力优于0.1″,与MJS双频激光测角系统比对误差在0.6″以内,测量精度高于MJS,而且操作方便,易于推广.

设计了一种新型的麦克尔逊干涉仪,因其干涉图状如牛眼,故称为"牛眼"型麦克尔逊干涉仪.它以两个球面反射镜代替了原有的平面反射镜,使得干涉加强,干涉图更清晰,同时省去了成像透镜,使系统体积紧凑,便于调节.应用这种仪器探测入射激光,对采集的干涉图进行条纹提取和细化后,可推算出入射激光的波长和入射角.实验对632.8nm和532nm的入射激光进行了测量,波长测量的相对误差分别为5.72%和3.91%.

交联型聚合物要取得良好的极化效果,要求尽量保证极化取向过程与交联过程的同时进行.准确界定交联过程发生的温度段对于极化效果至关重要,为此提出了一种实时测量交联型极化聚合物交联温度的方法.实验利用基于衰减全反射原理制作的CCD监控系统,监控了交联型聚合物聚氨酯升温过程中薄膜厚度以及折射率的变化.发现在80℃附近以及130℃附近,由于聚氨酯发生交联反应所带来的影响,厚度以及折射率曲线斜率均发生突变,由此得出聚氨酯的交联温度范围即最佳极化温度范围为80℃-130℃.?缍ń涣痰奈露确段?有助于优化交联型聚合物材料的极化条件.

为便捷地定量检测大口径光学元件面形,运用数字刀口检测技术, 把传统刀口仪与CCD图像采集处理、计算机辅助计算相结合,构成数字刀口仪.采用图像处理来确定阈值对应的刀口位置,引入PSD来描述频域信息.对125mm和150mm口径的球面镜进行检测,实现了传统刀口仪不能完成的定量检测,获得了面形分布,检测精度P-V值达到0.12°=532nm°.通过与干涉仪测得P-V值0.057相比较,验证了数字刀口检测的可行性,而且得到的数据还可进一步进行像差分析,为镜面误差的加工修正提供依据.

提出了压痕实验与有限元仿真结合的方法.它采用压痕深度与有限元仿真深度进行对比,可求解出KDP晶体的塑性特性参数.建立了KDP晶体塑性域切削的有限元模型,并用该模型仿真研究了切削参数对KDP晶体表面形成过程的影响.结果表明,在刀具前角为-40°左右时,工件表面质量可达到最佳值.研究还发现,当刀具刃口半径为80nm时,其能够产生切屑的最小切削厚度在10nm-30nm之间,此时法向切削力与主切削力之比为0.96,该结论对KDP晶体超光滑表面的获取有着重要指导意义.
关键?剩?/strong>KDP晶体;超精密加工;单点金刚石车削;模拟

针对多传感器图像在像素级上的融合问题,将模糊数学理论引入到图像融合模型.该模型假定理想的融合后的图像包含场景所有的信息;将它乘上一个模糊因子,再加上随机噪声,可用来描述某一个成像传感器中获得的场景图像;不同的传感器对应不同的模糊因子和噪声.在此基础上,提出了建立在非多尺度分解框架下的图像融合算法.它以各传感器获取的图像作为输入条件,应用统计信号处理中的EM算法,求出针对不同传感器的噪声参数和模糊因子,通过迭代估计出融合的图像.实验结果显示,该算法获得的融合图像的互信息?土响胤直鸫锏?.5079和24.732,均优于加权平均融合法、小波融合算法和Laplacian融合算法的融合质量.

提出改进的求解独立成分分析参数的算法.该算法采用平均场近似原理,通过改变模型参数的限制条件,解决传统ICA算法中不能解决的问题.在图像特征的提取中,将模型中的混合矩阵和源信号均限制为非负,使提取的特征更为独立.利用语音信号、仿真图形及剑桥大学ORL人脸数据进行实验,从实验结果可以看出,改进的算法能有效地解决源信号数大于观测信号数的问题,同时该算法能分离出更独立的人脸五官特征,对ORL人脸识别结果分析表明,识别率从原来的87%左右提高到95% 左右,也?得鞲盟惴ū却车乃惴ǜ欣诮型枷裉卣魈崛〖笆侗?

利用连续图像采样及其内插公式,提出了一种基于二维插值核重建高分辨力图像的新算法.该算法先使一般低分辨力序列图像具有标准位移关系,再根据高、低分辨力图像之间的关系重构高分辨力图像.同时利用正则化技术导出了一套重复迭代算法,以提高算法的处理效果和克服病态问题.实验表明,该算法使图像的细节和清晰度大大增强,分辨力大幅度提高,明显优于零阶保持插值算法的处理结果,其峰值信噪比提高8-9dB.

通过在连续域内,建立光栅型结构光光条图像的数学模型,提出了一种用于提取昆虫翅膀运动变形测量中弱光条中心点的图像处理方法.该方法根据光条图像灰度的二阶方向导数极值条件,利用Hessian矩阵算法提取弱光条中心点的亚像素位置,通过连续性约束、方向约束和光条间距约束等特征约束条件去除图像处理过程中出现的噪声点.实验结果表明,该方法成功地将昆虫翅膀图像中的弱光条中心点与"虚假点"进行了分离.

提出一种基于多纹理特征融合的新颖虹膜识别方法.该方法对虹膜图像做Gabor小波变换提取不同分辨力不同方向下的纹理特征作为虹膜的全局特征,在滤波后的子窗口图像上运用灰度级共现矩阵(COM)提取虹膜的局部特征.通过加权欧几里德距离和最小距离分别对全局特征和局部特征进行分类识别.设计了FIS(模糊推理系统) 特征融合分类方法来提高虹膜识别的鲁棒性.实验结果表明本方法有效可行,可以达到98.5%的识别率,并在保持1.4%较低的FRR(拒绝率)的同时可以使FAR(误识率)减少到0.1%.

针对目标辐射测量中通常采用的事后背景扣除的方法会造成目标辐射测量的不准确的缺陷,采用一种基于振动反射镜的目标辐射测量背景实时扣除的方法.振动反射镜以一定周期调制目标信号,使之成为时间域上的周期信号,再采用双路探测器差分方法,实时扣除背景辐射的影响.实验结果表明,该方法可以实时扣除强于目标信号208倍的背景辐射,将湮没在强背景辐射中的微弱的目标信号提取出来,相对测量误差在之内.

针对脉冲耦合神经网络无法确定最优分割的问题,提出了一种将脉冲耦合神经网络和类间方差准则相结合的图像分割方法.在每次迭代时将脉冲耦合神经网络点火的神经元对应的像素作为目标,未点火的神经元对应的像素作为背景,计算目标和背景之间的类间方差,取类间方差值最大的分割图像作为最终结果.实验结果表明该方法能获得视觉效果较好的分割结果并具有较强的普适性,对一幅大小为256×256的图像进行分割所需要的时间是0.8秒左右.