针对近距离空间交会对接低信噪比情况下标志灯像点的识别,提出了一种基于多帧高阶互相关和最大似然比检测的标志捕获技术.首先通过单帧自适应门限检测和两次高阶互相关处理抑制大量随机噪声,然后利用最大似然比检测自适应算法从候选轨迹中剔除大部分虚假轨迹,最后通过特殊设计的后处理操作进一步剔除残留的干扰轨迹,识别出真正的目标轨迹.实验表明,可识别的最低信噪比为0.5.

对连续运行时双包层光纤激光器阈值的优化问题进行了分析.从速率方程组出发,在不忽略光纤损耗系数和保留再发射项主导部分的近似条件下推导出了双包层光纤激光器阈值泵浦功率的显函数解析表达式,得到了光纤激光器产生振荡所需的最小光纤长度的显函数解析解;还给出了泵甫光子数密度和上能级粒子数密度沿光纤方向随光纤长度变化的显函数解析解.最后和其他文献中在忽略泵光再发射项和激光损耗的近似条件下得到的结果进行了比较和分析.

根据计算机视频泄漏信息在截获过程中显示出的不同特征,分别给出了行同步频率的谱分析算法,倾斜图像纹理特征的直线倾斜角度测量算法和漂移图像相位特征的积分投影微分定位的测量算法.利用这些算法在截获的图像中提取出频率、角度和相位差等特征,根据这些特征量可以自动调整行同步信号的频率,使偏差为零,达到稳定显示的目的.

很多小波去噪方法认为小波系数是相互独立的,然而大量实验表明实际图像的小波系数之间是有较强的依赖性.在本文中,我们将利用复小波变换的优势以及小波系数之间的依赖性,提出一种新的图像去噪方法.该方法先确定滤波器系数,再对复小波变换系数建模,并根据MAP准则给出系数的收缩方法进行去噪处理,最后作复小波逆变换.同时在变换的系数抽取之前估计系数的方差,可以使方差估计更准确.

基于相位差法的波前检测技术,主要是利用在焦面和离焦位置上同时采集的一对图像,对光瞳上的波前相位分布进行恢复,同时也可以对目标进行恢复.与哈特曼波前传感器和剪切干涉仪等波前检测技术相比,相位差法具有光路简单、易于实现的特点,同时可以采用扩展目标作为参考源,主要适用于对实时性要求不高的领域.在计算机模拟大气湍流和成像系统的基础上,我们使用有限内存拟牛顿法对波前相位和目标进行了恢复.模拟研究结果表明,相位差法可以较准确的恢复出波前相位,并且最优化的离焦波面差为一个波长.

课题组设计了新型的X射线影像增强系统.由于它是由多个光电器件级联而成的链状成像系统,在组成器件之间存在着一定的分辨率函数关系,并且这种函数关系会随着成像视野的变化而变化.鉴于此种关系,建立了系统的分辨率数学模型,对于多种器件组合效果进行理论分析.结果表明分辨率理论计算值和实验测量值比较吻合,所以分辨率数学模型节省了系统的设计时间和费用,对提高系统分辨率起着理论指导作用.

将贪婪思想引入到遗传算法中设计了贪婪遗传算法,以最大类间方差函数作为遗传算法中适应度的评价函数,利用贪婪算法局部搜索能力强和遗传算法全局搜索能力强的特点,实现图像阈值的自动选取.与基本遗传算法相比,本文算法具有更强的寻优性能,从而加快了收敛速度.实验表明基于贪婪遗传算法的阈值自动选取方法具有计算耗时少的特点,更适用于实时图像处理系统.

针对泊松噪声具有与信号相关和不一致性分布的特性,提出了一种基于独立成分分析(ICA)的软阈值滤波算法.泊松噪声对基于高阶统计量的ICA变换不敏感,其能量均匀分布在ICA域.首先将包含泊松噪声的图像变换到ICA域,然后再对图像独立成分进行软阈值滤波.该算法对图像和噪声具有自适应能力,在噪声去除和图像细节保留方面达到一个平衡.实验结果表明:该算法不仅可以有效去除图像中的泊松噪声和提高图像质量,而且具有良好的鲁棒性.

目标搜索的理特征难以对目标进行有效搜索,而运动特征是可利用的有效特征.提出了一种基于运动矢量分类的扩展目标搜索算法,将前一帧图像均匀分块,对每块在其周围与当前帧图像块匹配,得到每块的运动矢量,依据目标块与背景块的运动方向差异剔除背景块,再依据目标块的集中性及其运动矢量的相等特性提取目标块,目标块中心的平均即为目标的近似形心.实验表明,该方法能够有效地对复杂背景下扩展目标进行搜索.

本文介绍了一种高速高分辨率CMOS图像采集系统.给出了系统结构原理,分析了CMOS图像传感器驱动时序,研制了系统成像与高速图像数据存储电路.设计了系统数据采集和应用软件.系统全帧图像读出帧频率最高可达500帧/秒,图像分辨率为1280×1024,曝光时间最快10μs.

X射线TICT中,由于射线硬化现象使图像重建时出现伪影.文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了在均匀物质中,X射线射束和与透射厚度的关系,并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点,通过获取X射线射束和数据,首先拟合出射束和与透射厚度的关系式,然后得出X射线射束和校正为单色射线射束和的等效厚度与透射厚度的关系及其等效方法,最终得出X射线等效单色射线的衰减系数的拟合值,再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构,即可有效消除X射线射束硬化的影响.

本文利用计算机对多层介质高反膜反射谱的模拟发现,当构成高反膜系的高、低两种折射率材料的光学厚度不一致时,反射带两侧的第一个谷值的大小将不同,据此作者认为在高反膜镀制时可根据反射带两侧第一个谷值大小情况来调节高反膜中单层膜厚度,实验结果证明了模拟结果的正确性,同时也确证了作者提出的这种方法是可行的.

积因子方法是在层次分析法基础上改进的定性分析与定量分析相结合的决策分析方法,适用于多准则决策问题.通过实例和仿真实验用积因子方法根据威胁程度的大小对敌空袭目标进行排序,介绍了威胁评估和排序的求解过程,以此提供敌空袭目标对我保卫目标或区域所构成的威胁等级.实验结果表明,积因子方法可以解决利用传统层次分析法在威胁评估排序中产生的逆序问题.

针对靶场光电测量中使用的双站交会方法需要切换交会公式、交会精度不高的问题,提出了一种在直角发射坐标系中,基于高斯-牛顿法的多站交会方法.通过仿真试验将其与传统双站交会方法进行比较,证明了这种多站交会方法具有良好的收敛性和较高的交会精度.

为了解决杂波环境下多传感器多机动目标跟踪问题,本文提出了一种集中交互式多传感器联合概率数据互联算法.本文提出的算法首先应用广义S-D分配的规则对每个传感器送来的观测数据进行排列组合,并对所有的测量组合进行有效性判断,然后应用数据压缩的方法将每个有效量测组合压缩成一个等效量测点并根据每个等效量测点的联合似然函数计算其联合互联概率,最后在此基础上应用交互式多模型算法的思想以处理目标出现机动的问题.本文最后给出了该算法的分析,仿真结果表明,本文算法能够很好地解决杂波环境下多传感器多机动目标的跟踪问题.

基于空间光调制器(SLM)数字光刻技术可用于IC掩模制作或直接作为微结构的加工工具,但用数字投影光刻系统加工某些结构的二元图形时,往往难以获得预期的图形轮廓,即图形边缘处有一定畸变,特别是较低缩小倍率时.本文提出优化设计图形边缘灰度的方法来校正光刻图形的畸变.文中分析了数字光刻制作这些二元光刻图形时空间像畸变产生的物理机制,详细讨论了设计图形边缘灰度优化的规则,并以加工圆孔滤波器为例,模拟了它的数字光刻成像过程.结果表明,设计图形的边缘采用灰度曝光可使其空间像畸变减小约8个百分点,光场分布更为均匀.数字灰度曝光技术简单易行,可为改善光刻图形质量提供了新途径.

在正交试验的基础上,将BP神经网应用于负性光刻胶(SU-8)加工高分辨率和高深宽比微结构的工艺研究,建立了光刻图形质量与前烘时间、前烘温度、曝光量、后烘时间之间的预测模型,该模型采用三层前向网络,学习算法为梯度下降法.通过实验,得出:前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大,对120～340μm厚的光刻胶,前烘温度取90℃,前烘时间50～100min时,图形的相对线宽差最小;最佳后烘时间(85～95℃)为30min;超声搅拌能缩短显影时间,改善图形质量.试验结果与网络预测结果吻合.结果表明,将BP神经网络应用于UV-LIGA技术中,可以优化光刻工艺.

根据基于面阵CCD摄像机成像测量的车辆前照灯配光性能测试系统的特点,提出一种成像测量与图像处理相结合的车辆前照灯配光屏幕照度测试靶标标定方法.该方法直接利用车辆前照灯配光性能成像测试系统对车辆前照灯配光屏幕上不同照度测试位置处分别放置的直线靶标进行成像,获取各直线靶标图像.在图像处理中,采用图像差分法及二值化方法提取各直线靶标,通过对各直线靶标的细化操作,获得各单直线图像,最后,采用本文提出的"粘贴"和"裁剪"方法将各单直线图像融合成一幅车辆前照灯配光屏幕照度测试位置靶标图像.该标定方法不仅能在车辆前照灯配光性能成像测量中使配光屏幕上的照度测试位置用照度测试位置靶标图像中对应的成像位置来定位,而且还能保持配光屏幕的均匀反射率特性.因此,该标定方法有利于实现配光屏幕上各处照度的同时成像测量.实验结果得出:文中标定系统的标定准确度为93.53%,符合车辆前照灯配光性能测试的要求.

通过对钢板表面信息灰度值的详细分析,提出了一种利用简单感知器组成的分类器识别钢板表面缺陷的新方法.该方法在图像采集设备中直接对图像信息进行预处理,把认为是疑似缺陷信息的数据发送给后续处理器分析,可极大地减少系统数据处理量.在FPGA中实现了该方法,结果表明利用该方法简化了系统硬件结构,提高了系统实时性.

针对目前光电自准直仪难以做到既有高分辨力同时又有大的测量范围的不足,提出一种成像式光栅自准直测角方法.该方法将成像式光栅方法、自准直测角技术相结合,利用标尺光栅像和指示光栅形成的光栅副反映被测物体的角度变化.试验结果表明,该系统接收到的光栅信号稳定,满足光栅计数的要求,成像式光栅自准直测角方法原理可行.该方法避免了光栅副间隙带来的误差,具有大量程及较高的分辨力.

建立了基于十字结构光的视觉传感器的数学模型,提出了一种基于自由移动平面靶标的十字结构光传感器参数的简易标定方法.在自由移动的平面靶标上建立局部世界坐标系,将通过交比不变方法获得的两个光平面上特征点的局部世界坐标,变换到摄像机坐标系,从而获得已知三维的标定特征点.利用构建的分别位于两个光平面上标定特征点,可以实现工作状态的十字结构光传感器参数的优化估计.该标定方法降低了标定设备的成本,简化了标定过程,为十字结构光传感器的工程化应用奠定了基础.通过对圆的直径和中心坐标的测量实验,结果表明,该方法切实可行.

本文针对单摄像机成像特点,首先建立其实际成像数学模型,为快速高精度的标定摄像机参数,靶标采用平行网格线靶标,有效利用直线的平行性约束条件,可高效的求取目标点,此种方法先求解摄像机纵横比,然后利用参数分离的方法通过迭代求解其余模型参数,从而简化了求解过程,将标定结果与Tsai法相比较可知,标定精度相当.

文中介绍了国内外双向反射分布函数的四种测量方案.采用固定光源和使样片转动以及探测器移动的方法实现了对双向反射分布函数的测量,进一步提出了利用可调机械臂结构以及三台步进电机的协调驱动实现对目标材料的高精度半球空间反射特性测量的改进方法.研制了多光谱双向反射分布函数测量转角装置,该装置的应用使双向反射分布函数测量系统的布局更合理,测量准确度更高.转角装置的探测臂旋转范围±180°,样片夹持台转动范围360°,角分辨率均为0.036°.经误差分析,所研制装置的转角精度约为0.75%.

提出了一种应用碲锌镉(CdZnTe或CZT)晶体探测器的骨矿密度测量方法.该方法通过对被测对象的定位,X射线扫描,应用CZT晶阵对被骨组织吸收、衰减后的双能X射线进行测量.测量信号经分级处理后,实现了骨矿密度定量测量和成像.实验结果表明,CZT探测器具有良好的工作性能,系统测量具有快速,高精度,高空间分辨率等特点.

本文面向医用大输液溶液的在线自动化检测,运用机器视觉技术、自动控制原理,开发了一台智能灯检机.为了从复杂的视觉图像中提取出微小的检测目标,该灯检机运用机械方法使检测目标与背景间产生运动差异,再利用精密的光学成像系统获取目标运动序列图像,最后应用智能图像处理算法完成对产品的检测.本文给出了灯检机的系统结构,并详细介绍了目标检测的关键算法,给出了实验结果.该研究证明机器视觉技术可以有效的运用于大输液产品的在线检测.

应用Monte Carlo法原理,利用区间[0,1]上均匀分布的随机变量产生的均匀照度光源模型及光在积分球内表面的漫反射模型,用Matlab编程,对一积分球出口平面处及距出口100mm以内的10个平面上的辐射能量和辐照度进行了计算机模拟.模型共追迹了100000个光子,结果显示,随着传播距离的增大,辐射总能量不断衰减;小于积分球出口直径时辐照度的均匀性先减小然后又逐渐增强;大于积分球出口直径时辐照度的均匀性不断增强;整个平面上的辐照度随传播距离的增大逐渐趋于均匀.具有一定照度大小的大面积均匀辐射场只能在适当位置处获得.

与通常的光纤光栅传感器原理不同,本文基于光纤在外界径向载荷作用下产生的双折射效应为原理,建立了一套简单的称重实验装置,并对其检测原理进行了详细的分析.实验表明,这种光纤光栅称重传感器适合大载荷情况的重量检测问题,特别适合于公路计重收费系统中对车辆载重的监测领域,其称重灵敏度可达5kg.

提出一种深空光通信系统的信标捕获、跟踪方案,该方案是以恒星作为信标,根据恒星在惯性坐标系中的绝对位置信息,基于航天器和地球星历表、航天器的姿态信息来进行下行光束瞄准方向的精确控制.理论分析和计算机仿真都表明,星敏感器的测量精度和焦距,下行信号光的束散角将影向激光链路成功建立概率.下行信号光束散角为30μrad,星敏感器视场为8°×8°,焦距为143mm,恒星的中心位置测量精度达到0.10个像素时,链路成功建立的概率达到96.4%,表明该方案是可行的.

受器件制作工艺限制,难以获取元数超过6000的超长线列探测器,提高图像空间分辨率受到限制.设计一种入端为线阵、出端为面阵的异型结构传像光纤束,利用现有面阵器件接受光纤束输出信息,可以获取超高分辨率图像.光纤的异型结构决定了图像恢复过程十分复杂.本文提出一种双模板极值滤波器算法,针对单根光纤对应多个像素以及光芯和包层传光性能不同的特点,从图像灰度值入手,借助图像腐蚀和重心算法,有效克服光纤断丝引起的盲元,准确定位每根光纤中心位置,找出出端光纤和入端光纤的对应关系,完整恢复入端图像,实现图像的空间变换.

啁啾相位掩模法是啁啾光纤光栅的一种非常重要的制作方法.本文研究讨论了用全息干涉方法制作线性啁啾位相掩模的设计方法,提出用两球面波干涉产生条纹密度随空间距离线性变化的干涉条纹记录啁啾位相光栅,按设定光栅端点空频和端点空频差两种优化设计方法设计了长度100mm、啁啾量1nm/mm的线性啁啾光栅,理论和实验结果给出两种设计方案的非线性系数分别为2.5%和1.6%,理论设计和实验结果相符.

垂直光纤环面变化的轴向磁场会降低去偏陀螺的精度,因此提出减小轴向磁场灵敏度的新方法:用交叉绕法单模光纤环作为敏感环.与普通绕法相比,理想交叉绕法光纤环中的正反任一束光经过的路径可分为相等的两段,每段路径上产生的Faraday相位延迟大小相等、符号相反,整个路径上相互抵消,从而两束光不存在与磁场有关的Faraday非互易相位差.仿真结果表明,交叉环有很低的轴向磁场灵敏度,与轴向磁场灵敏度为23.4°/(h·mT)的普通环相比,其他参数相同、不对称度为1%的交叉二极子光纤环,轴向磁场灵敏度仅为0.23°/(h·mT).

光脉冲沿色散补偿光纤(DCF)传输会产生背向自发拉曼散射,当入纤激光功率大于阈值时,出现放大的背向自发拉曼散射现象.实验发现,反斯托克斯(ASR)和斯托克斯(SR)自身脉冲光纤拉曼放大的阈值泵浦峰值脉冲功率是18.2W和14.5W.当入纤激光功率为52W时,背向SR和ASR散射的增益分别为12dB和7dB.放大的反斯托克斯和斯托克斯背向自发拉曼散射时域曲线上的阈值时间位置随激发功率的增大而前移并具有规律性.