提出一种新的以边界不变矩作为识别特征,运用BP网络识别扩展目标的方法.首次通过详细的理论证明和实验分析,揭示了离散边界不变矩不再具有严格的比例不变性,而位移和旋转不变性保持相对稳定,并对该不变矩作为识别特征的误差进行了深入分析,给出了正确计算边界不变矩的途径.在此基础上,以该边界不变矩作为识别特征,输入BP网络,采用合理的网络结构,实现对发生位移、旋转和尺度变化的扩展目标的识别.边界不变特征的引入,减少了数据运算量,实验结果表明,识别率达到95.9%.

基于哈特曼波前探测的流场层析重建技术结合了光学波前探测技术和计算机层析技术.重建系统由哈特曼传感器探测平行光束穿过流场后的投影波前,采用计算机层析技术重建流场物理量的空间分布.在介绍哈特曼流场层析重建原理的基础上,对流场重建的整个过程进行了计算机仿真,重建的RMS误差为0.0726.结果表明,该技术可以很好地实现流场的层析重建,在材料、流场研究等工程实际测量中具有良好的应用前景.

提出正交基为冲激函数的协方差法,在Matlab中仿真实现符合大气湍流统计分布(vonKarman谱和Kolmogorov谱) 的大气相位屏.协方差冲激函数产生法对连续波前相位进行冲激函数正交分解,根据正交分解系数的协方差模拟平行光通过大气后的瞬时波前相位.计算多帧相位屏的波前结构函数,与理论值比对,验证产生大气相位屏的正确性.根据比对结果得,该方法产生的相位屏精度高,对于Kolmogorov谱,该方法产生的大气相位屏的波前结构函数误差约为理论波前结构函数均值的1%.

提出了一种采用RISC作为星敏感器主处理器的设计方案.RISC (Reduced Instruction Set Computer) 是精简指令集计算机,它具有指令简单、功耗低、运行速度快的特点.以RISC技术为基础搭建了星敏感器处理器部分的硬件结构.在此平台上,成功地实现了星敏感器的数据处理和控制功能,其中包括系统的启动,模式转换控制,星图识别、跟踪和姿态计算,以及与FPGA通讯等.在跟踪状态下,姿态更新频率可以达到10Hz.测试表明,应用RISC技术的系统功耗小,仅为400mW,成本约为使用功能类似DSP构建系统的1/4.

针对某机电伺服跟踪系统存在扰动和系统参数摄动的情况,提出了一种带有积分补偿的最优滑模变结构控制算法,并给出了获得切换函数、积分增益和控制函数的方法.仿真结果表明,这种新的控制算法比经典控制方法的效果更好.它能够获得灵敏的跟踪效果,提高了系统响应的快速性,具有较好的动态性能和鲁棒性,并消除了抖振.此控制系统结构简单,易于实现.

残余应力是变形反射镜面临的一个重要问题.考虑薄膜中残余应力的起源,利用有限元软件建立了变形反射镜有限元模型.基于所建立的有限元模型,计算变形镜各部分受薄膜残余应力作用后的变形与应力分布.与试验测量结果进行对比,计算结果表明,建立的模型是合理的,薄膜产生的残余应力为张应力,氟化物薄膜产生的张应力大于ZnS薄膜产生的压应力,残余应力主要集中在变形反射镜镜面上,基本呈放射状分布,外圈驱动器受到应力较大.

提出盲目搜索与模式搜索相结合的多自由度搜索算法,完成半导体激光器(LD) 与单模光纤(SMF) 的自动对准.盲目搜索算法采用优化策略,使算法能够根据粗对准过程中的异常情况进行自适应调整,避免了搜索结果的不确定性,减少了粗对准时间.精密对准阶段的模式搜索法具有多自由度同时搜索的优点,因此对准速度较快,可以克服多自由度交叉耦合的影响,受噪声影响小.实验结果证明,使用模式搜索法进行xyz三自由度对准,对准时间为30～50s,定位成功率大于80%,对准速度和全局收敛性都优于传统的爬山法.

针对非晶硅平板探测器不一致性偏大,导致探测器灵敏度出现非线性的问题,提出了基于探测器像元灵敏度均值的校正方法.此方法基于线性拟合校正的思想,在一定管电压下,改变管电流采集一组探测器基准图像,利用这组图像与其相应均值进行拟合,再把拟合系数作为校正因子对试件成像进行校正.该方法通过缩小校正的输入范围,满足线性系统成立的条件,使非线性问题线性化,实现了各像元点对点的线性校正.实验结果表明,与常规线性校正相比,该方法不仅提高了系统成像的动态范围,而且随着标准差的降低,信噪比相应地提高了近1.3倍.

提出并设计了一种新型光学元件--反射式闪耀光栅楔形平板.在玻璃楔形平板的倾斜表面上加工锯齿形闪耀光栅,在光栅的表面镀相应的金属反射膜,形成反射式闪耀光栅.当光线垂直楔形平板底面入射时,闪耀级次的衍射光可以沿入射方向返回,使该级次衍射光的能量得到充分利用,可以应用在在需要保持反射光线方向不变的场合.该元件兼具闪耀光栅和楔形平板的特性,通过实验对光线的能量和方向特性进行了验证,实验结果表明,+1级衍射光沿入射光线方向返回,并且能量的89.36% 都集中在这一级上.转角测量的实验结果表明,该元件能使转角测量的范围扩大为0～360°以及大于360°的任意角度,转角测量的重复性精度可以达到0.632".

由于较高次衍射条纹的光强很微弱,以及激光的漫反射和CCD器件本身存在的暗电流噪声等原因,使得暗条纹中心距难以精确测量,这是单缝衍射法测量几何量中影响测量精度的主要原因.为此,提出了分步滤波法和暗条纹中心判定条件.对衍射条纹原始采集数据先进行过滤波,再进行欠滤波,尽量消除干扰信号的影响,获得有用信号;利用最小二乘法对衍射条纹曲线进行拟合,并利用二分搜索法对拟合曲线的波谷进行精确定位,就可较精确地得到暗条纹的中心位置.实验表明,暗条纹中心距的测量精度达到优于5μm的水平.

将支持向量机应用到纹理识别领域,提出了一种基于支持向量机和小波变换的新型纹理识别方法.该方法用小波变换各子带图像共生矩阵参数、分析窗口大小、像素均值和像素标准差等参数作为纹理特征,解决了描述不同尺度纹理的难题.以多类支持向量机作为分类器,用输出纠错码把二分类器扩展到多类,提高了分类器的泛化能力.在包含25类单色自然纹理的图像库上进行识别试验,结果表明,该方法识别错误率小于10%,识别正确率比传统的贝叶斯等方法提高了2% 左右,获得了更高的识别正确率,且推广性更好.

CCD探测器的像元尺寸一般来说是光学系统弥散斑的几倍,把以CCD探测器为接收器的光学成像系统看作是空间移不变系统会带来一定理论上的近似.采用计算机仿真的方法来研究在空间移变条件下的TDICCD遥感相机的影像分辨力和像质问题,结果是:在目标条带宽度一定时,像元尺寸为a,像移量为a/3,
a/2, a,MTF分别下降为0.918, 0.876, 0.753;当MTF基本相等时,像移量为a/3, a/2,
a,条带宽度为36, 38, 44.通过模拟,认识到在像移大于a/3时,Angle = 0和Angle
≠ 0的MTF相差小于1% ;并在像移量大于a/3的条件下得到了适用于工程应用的像元尺寸、像移量、分辨力、MTF的一个简洁函数.

在空间光通信中,光斑图像噪声直接影响质心精度.利用小波的方法估计出这种噪声属于广义的高斯噪声,因此,提出了一种基于Bayesian估计的小波降噪方法.该方法以"Haar"函数为小波基,对带噪图像作正交小波变换;通过对小波系数的概率密度函数建模,用Bayesian方法估计无噪原始图像的小波系数;用估计出的小波系数重构得到消噪图像.实验表明,对同样的光斑图像,中值滤波降噪法质心偏离1.8μm;全局阈值法小波图像消噪法质心偏离0.8μm;而Bayesian估计的图像小波消噪方法,峰值信噪比从-12.084 dB提高到10.048 dB,质心偏离仅0.03μm.

提出了一种基于低频系数局部区域梯度信息的多分辨率图像融合方法.根据局部梯度信息对源图像的小波低频系数进行选择,获取融合图像的对应低频系数.依照平均误差、峰值信噪比、均方根误差以及偏差度、熵等评价标准,将该方法的多聚焦图像融合效果与其他三种常用低频系数融合方法的效果进行了比较.实验结果表明,该方法获得的大部分评价指标都优于其他三种方法,且其最佳小波分解层数为2层,而其他三种方法的最佳小波分解层数为5层.最佳小波分解层数越少,图像融合的计算量越小.该方法在减少计算量的同时,提高了融合质量.

提出了一种红外序列图像中小目标的Dempster-Shafer (DS) 证据理论识别方法.DS证据理论在图像融合中存在两个实际问题:一是经典的DS证据理论组合算子在处理高冲突信息时会产生违反常理的结果,二是如何将图像特征转化为证据理论中各个命题的基本概率指派.针对这两个问题,引入证据距离,改进证据组合公式,解决了高冲突证据下的信息融合问题,保证了融合算法的可靠性;运用模糊逻辑,求出了图像中各像素隶属于目标的基本概率指派.对实际的红外序列图像运用改进的公式进行像素级融合,并根据最大概率准则确定出图像中的小目标.实验结果表明,新方法更为有效、可靠,识别错误率可降低到6.14%.

针对基于势函数聚类的多阈值图像分割算法的不足,定义了伪势的概念,并在原算法基础上提出了一种改进的图像分割算法.由伪势概念确定了伪势合并的判别方法,按照此方法,当相邻的两个峰之间的距离小于所定义的自适应模糊伪势因子时,则应该进行伪势合并.改进后的算法在计算剩余势函数时判断是否存在伪势,然后在势划分函数组的确定过程中相应地进行伪势合并计算.利用多幅图像进行了多阈值分割的仿真试验,结果表明,改进的基于势函数的多阈值图像分割算法具有更好的鲁棒性和分割效果.

根据实时中子辐照图像"斑状" 噪声的成因和特点,提出一种有效的迭代滤波算法.设计十字形噪声检测窗口,通过计算邻域一致性测度(NHM),将像素分为噪声和信号.对噪声进行迭代滤波,而对信号则不做任何处理.滤波是一个中值计算过程,同时窗宽可自适应调整.这种方案不仅避免了噪声在邻域的传播,且有较高的计算效率.实验结果表明,对于峰值信噪比(PSNR)为24.51dB的噪声污染图像,3×3中值滤波后PSNR只有26.81dB,而本文算法能将其提高到31.54dB,同时图像的视觉效果更好.

提出了一种从频率域出发,估计出运动物体在空间域位移的算法.利用傅里叶变换的自配准性质和位移特性,用极坐标形式下连续图像相位谱的差直接估计运动目标的位移.与传统的寻找迪拉克峰值的方法相比,本方法无需重新变换回空间域,从而节省了处理时间,具有更好的实时性.实验证明,这种先求出相位谱的差,再用其周期数来估计位移的算法简单明了,其分辨能力不低于一个像素.该理论可以应用于图像跟踪和图像后期处理中.

由于第二代小波变换可以实现图像的整数到整数的变换,而且图像的恢复质量与变换时边界采用何种延拓方式无关,完全可以克服由第一代小波变换所带来的缺陷.利用这个特性,提出了基于小波整数变换的VLSI实现,用适度的门复杂性来得到快速帧率.在完成芯片设计的同时,利用SYNOPSYS公司和ALTERA公司设计的软件,以ALTERA公司的FPGA为基础完成了对芯片的电路仿真.

在微测辐射热计热敏元的热平衡模型基础上,分析了CTIA读出方式的微测辐射热计在不同背景和衬底温度下的输出响应率,仿真了探测器面阵在偏移-增益两点校正法校正后的输出.为衡量不同衬底温度下校正后残余非均匀性噪声的大小,考虑到响应率随背景温度和衬底温度变化的因素,提出了非均匀性噪声等效功率(NNEP)
指标.研究结果表明,在采用20μs积分时间和5pF积分电容时,探测元响应率可以达到106V/W到107V/W;衬底温度的变化在约0.01K以内时,采用两点校正法可以对该读出方式的微测辐射热计输出进行良好的校正.

设计双晶单色仪时,为减小T型高差固定结构中双晶长度,提出了一晶长度最小定理与二晶长度最小定理.这两个定理中,前者表明入射光只有掠过转角仪中心O点,一晶长度可取为最小值;后者表明出射光只有掠过两个滑道的交点P,二晶长度可取为最小值.双晶长度最小定位算法使这两个双晶定位条件同时满足,从而使一晶与二晶长度同时最小.结合入射光高度放大法,将此定位算法应用于EXAFS双晶单色仪中,可使双晶长度分别由80mm, 180mm都减小到60mm.

采用保偏光纤耦合器和偏振器搭建了马赫-曾德尔型光纤干涉仪.在传感臂中接入铽镝铁材料被覆保偏光纤结构的光纤磁传感探头,在参考臂中接入保偏光纤PZT相位调制器进行工作点控制,得到了全保偏结构的光纤直流磁传感系统.该系统抑制了偏振诱导的信号衰落,实现了稳定的直流磁场信号检测.实验得到了系统对0.75mT～60mT的外加直流磁场响应特性,结果表明,该直流磁场传感系统的线性度达到了0.997,最小可检测的直流磁场达到3.4×10-6T.

分析了扩展目标在Shack-Hartmann传感器中的成像特点.针对成像特点,提出了一种提取子光斑位置的质心计算方法.该方法应用多阈值分割和多结构元形态学去噪预处理后再进行质心计算.在信噪比低、扩展度大的情况下,能够有效地抑制噪声,减小噪声对质心计算精度的影响.在不同信噪比和扩展度下,相对于一般质心方法,该方法能够显著地提高探测精度.当信噪比为0.5,扩展度达13时,该方法的平均绝对误差不到1个像素.

针对水轮机主轴扭矩检测系统中的光栅扭矩传感器,设计了一种新型电路.采用ispPAC10芯片,通过器件编程的方式,实现对模拟信号的放大、整形和滤波,避免了传统模拟电路调试的麻烦.利用CPLD工作频率高的特点,进行高精度细分,结合MCU系统,完成对数据的处理.实验证明,以这种新型电路对扭转角位移进行测量时,精度高达0.001o/m,实现了扭矩的实时、高精度测量.