掩模投影成像干涉光刻技术以在很小或几乎不增加光刻系统成本的基础上来提高光刻分辨率为目的,充分利用系统的有限孔径,将掩模图形不同的空间频率分别进行传递,最终以高分辨率对掩模成像.本文阐述了IIL的基本原理,介绍了一种实验系统,并给出了部分模拟和实验结果.研究结果表明,掩模投影成像干涉光刻技术比传统投影光刻能够得到更高的光刻分辨率.

简要介绍了用于内表面测量的圆结构光视觉系统,分析了内表面圆结构光视觉图像特征,并给出了干扰光条的产生原因.在此基础上,提出了干扰光条的剔除方法与有用光条图像中心的子像素级提取方法.介绍了基于阶跃边缘轮廓模型的边缘提取方法,该方法采用非线性优化方法进行模型参数估计,具有速度快、鲁棒性强、精度高的特点.

提出了一种跟踪测距式视觉坐标测量系统,主要由一架摄像机、一台激光测距仪、一台计算机和一支光笔组成.测量时,摄像机测量光笔上四个光反射点的方向,依据这些方向激光测距仪可跟踪捕捉到任一光反射点,并测量出某一光反射点到激光测距仪的距离,由测得的方向和距离系统可计算出光笔笔尖接触点的三维坐标.根据四点透视问题(P4P)原理建立了系统的数学模型,由于摄像机测得的距离参数的引入,使得该数学模型(P4P问题)可以线性求解,而且解具有唯一性,推导出了被测点三维坐标的求解公式.和单摄像机视觉坐标测量系统的比对实验结果表明,在Z, Y, X轴方向上的测量稳定性精度可分别提高0.366mm、0.031mm和0.011mm.

提出了利用光纤微弯损耗测量相对扭转角的原理,并建立了双向可测缠绕式光纤扭矩测量的理论模型,可以实现扭矩的实时动态测量.同时,提出了数字式无线信号传输的设计方案,可以解决旋转系统扭矩测量的信号传输问题.实验表明,在±50°的相对扭转角测量范围内,实现了灵敏度为0.383dB/1°的双向测量;动态测试条件下,测量精度在0.5%±0.22%之内.

为了满足智能车辆自动驾驶的需要,提出了一种真正单视点、多分辨率的反射-折射式系统,作为车载全向相机.该系统由光学反射器件和折射器件组成,由于使用了椭圆锥镜面的光学反射器件,故其是真正单视点的,能够为车辆前方场景提供比侧方更高的分辨率,同时具有宽广的视场.相机原型和仿真实验结果表明,它的水平分辨率和垂直视场随观察方位角的变化而变化,垂直分辨率不随方位角变化,可实现6倍的多分辨率和180(的大视场.

提出了一种显微图像测量系统的标定方法.该方法通过同一对平行边缘在垂直和水平方向的两幅图像,计算水平比例因子;利用标定物直线边缘的图像,并运用优化的方法来计算成像系统的畸变系数和主点位置.在上述计算的基础上,利用量块来标定系统的放大倍数.标定过程所需的标定物为量规和带有平行刻线光学器件,如分辨率板等,因此方便实用.试验结果表明,该方法标定精度较高,标定后的实验装置的极限误差3σ为2.26μm.

空间交会激光雷达的任务是对空间动态目标的距离、速度以及方位等信息进行跟踪式测量.提出采用模拟插入脉冲计数法测距,幂函数族基于最小二乘曲线拟合微分法测速,四象限(QD)光斑定位法进行方位角测量.在Matlab/Simulink环境下,对采用该方法的脉冲激光雷达信息测量系统进行了计算机仿真,得到了与理论值相吻合的仿真结果.结果表明,采用该测量技术的脉冲激光雷达是可靠的.

利用一对固定Bragg波长的光栅作为参考,在锯齿波电压驱动下,可调谐滤波器输出的窄带光分别扫描传感光栅和参考光栅,使用高斯寻峰算法计算出参考光栅反射峰值波长对应的驱动电压.在参考波长区间,利用参考光栅的波长准确性高的特点,对滤波器输出波长进行校准,建立滤波器调谐波长与扫描电压的关系.传感光栅的Bragg波长可以通过线性插值求取.温度传感实验中,利用质心法、微分法和高斯拟合法计算光栅反射峰值波长,分别获得(1℃、(0.5℃和(0.3℃测量精度,对应着(10pm、(5pm和(3pm的波长误差.实验结果表明,波长校准和选择好的寻峰算法分别减小了可调谐滤波器波长输出非线性性及波长扫描精度低带来的测量误差.

为了方便地测量图像传感器的调制传递函数(MTF),在正弦模板法基础上,提出了矩形模板接触测量的方法.该方法将矩形模板紧贴于图像传感器,使矩形模板直接投射到图像传感器上,从而对图像传感器MTF进行测量.根据模板函数的一个周期占据图像传感器像元的数量情况,对采用正弦模板测得的调制传递函数值,与采用矩形模板测得的调制传递函数值,进行了理论推导和比较,找出了两者的数量关系.采用空间频率为25lp/mm的矩形模板、1280像素×1024像素的CMOS图像传感器进行实验,在对结果进行系数π/4修正后,测得图像传感器在该空间频率处的调制传递函数值为0.25.

针对传统道路检测算法难以保证在各种道路环境下都有很好的检测性能,提出了双层算法融合的道路检测方法,设计了基于可重构硬件的道路检测系统,给出了衡量道路边缘检测效果的道路检测算法评估条件.试验结果表明,该方法具有检测性能佳、鲁棒性好、处理速度快、自适应性强等优点,具有较大的实用价值.

通过将大面阵数字航测相机固定在二维内方位仪的高低轴内部,转动测量机架,使平行光管的点像目标依次成像在被测相机的CCD靶面上,结合相应的计算公式和测控软件,得出了大面阵数字航测相机的内方位元素及畸变值,解决了大面阵数字航测相机视场大、不易标定的问题.实践证明该方法是可行的.

提出一种采用标记拼接的新的光学三维传感方法.在采用结构照明的光学三维传感中,阴影及条纹错位关系到被测量物体三维面形重建的质量.在处理阴影时,传统方法是采用插值方法,在处理条纹错位时,通常采用增大条纹周期或采用几组条纹周期不同的光波进行投影,这样通常降低了测量精度.为了提高测量精度,本文提出一种在同一参考面内,采用单组相移正弦条纹进行投影,通过旋转被测物体,并对旋转前后两次重建物体在信息可靠区域内进行标记拼接,恢复物体表面完整三维信息的方法.实验证实了此方法的有效性及实用性.

利用样本向量的空间位置关系,对目标识别方法进行研究.根据样本向量最小夹角给出了可分类识别率的定义,且应用样本向量间的夹角对样本向量进行筛选,获得了更有利于分类的样本.在此基础上提出了样本向量最小夹角识别算法,以及对样本向量最小夹角和最短距离进行综合的目标识别算法.为了进一步提高识别效果,将特征线之间的最小夹角引入到识别算法当中.所研究的目标识别算法应用到飞机目标识别,若采用奇异值特征作为样本可以得到90. 0%以上的识别率,而采用颜色特征作为样本则可以得到92. 5%以上的识别率.

提出了摄像机光轴平行和光轴垂直两种简化的双目立体视觉系统,用来实现远距离运动物体的三维轮廓测量.具体阐述了这两种简化系统的测量原理和数学模型,还着重对以上两种系统下远距离物体测量中摄像机参数,如焦距、视场角、分辨率、两摄像机间距离与落弹范围的距离等的选择进行了探讨.就不同的系统对摄像机的选择进行了实验运算,结果表明,用该摄像机对1000m处的直径为70mm的小目标进行测量,可获得90个像素的轮廓,便于进行三维轮廓的提取.仿真实验表明,简化的双目立体系统可以快速、方便、简单地得到远距离物体的三维轮廓.

车载平台变形是影响光电经纬仪跟踪精度的关键因素,提出了利用CCD激光自准直测量系统来测量车载平台变形的新方法.用CCD系统采集车载平台的变形视频信号,计算机对视频信号进行处理得到脱靶量数据,由此即可算出车载平台变形量.实验数据分析结果表明,车载平台变形量随着速度和加速度呈周期性变化,变形曲线的趋势与加速度曲线的趋势相同.当经纬仪以60°/s速度引导工作时,方位最大变形为12.57″,高低最大变形为5.98″.这种方法为进一步研究反馈补偿以提高经纬仪的跟踪精度提供了理论依据.

退化现象可能导致基于粒子滤波(PF)的轮廓跟踪误差增大甚至失败.为解决这一问题,提出一种将PF状态向量后验概率密度估计问题转化为最优化问题,并使用差分进化法(DE)求解轮廓跟踪算法.该算法的最优化目标函数定义为轮廓模型与运动目标边缘匹配误差;函数参数为运动参数向量;PF的状态向量分布空间作为DE的搜索空间.目标函数的最优解对应着运动参数的最优估计值.在仿真图像序列的轮廓跟踪实验中,重心位置误差不大于0.5pixel,每帧图像平均耗时约80ms.

为提高ATP系统的跟踪精度和快速性,将模糊控制引入单神经元自适应PID控制中,提出单神经元模糊PID控制.它运用有监督的Hebb学习规则在线修正PID参数,而神经元的比例系数则由Sugeno模糊逻辑系统根据系统的误差和误差变化量大小进行调整,使控制系统对动态过程信息的利用程度达到最优.仿真和实验结果表明,系统不仅具有自学习和自适应能力,且动态性能和稳态性能都优于经典PID控制,超调量减小0.95%;上升时间和调节时间均减小1s左右;稳态误差减小1.19'.满足现代高精度跟踪系统的需求.

金属纳米粒子或薄膜在可见光的激励下产生表面增强效应.尝试在光子扫描隧道显微镜(PSTM)中应用带铝的光纤探针来提高成像的分辨率和灵敏度.采用二维时域有限差分法(FDTD)模拟计算了裸光纤、尖端镀铝颗粒光纤、孔径镀铝膜光纤和全镀铝膜光纤探针的成像.结果显示,采用带铝探针后的灵敏度均比裸光纤提高两个数量级;尖端镀铝颗粒光纤探针的分辨率最好,可优于20nm;全镀铝膜和孔径镀铝膜光纤探针的分辨率分别可达到20nm和60nm.结果可供探针制备及实验参数设置参考.

高精度星敏感器星点光斑的质心精度是星敏感器整体精度的基础,它需要达到角秒级的量级.因此,提出了一种基于亚像元相关法的星像质心算法.这种算法是利用互相关匹配实现图像定位的原理,将星像质心定位到亚像素上来提高质心精度.它可以克服由于系统误差和图像采集所带来的误差.根据系统的光学参数设计以及星像的光谱、亮度及其在视场中的位置特征,仿真得到点列图模型,针对视场内与光轴的不同夹角仿真制作一系列亚像元理想模板,然后对星像加高斯随机噪声,把有随机噪声的星像与理想星像进行相关运算来求星像质心精度.通过仿真实验,得到相关法具有较高的星像质心精度,定位精度可以优于1/12个像素的量级.

对复宗量双曲正弦高斯(EshG)光束的一些基本特性进行了研究.由Collins公式出发推导出了光束通过近轴ABCD光学系统传输的场分布函数,根据二阶矩的定义和光束在近轴ABCD光学系统中的传输公式推导出了光束通过近轴ABCD光学系统光斑尺寸的解析表达式.得到了复宗量双曲正弦高斯光束在自由空间传输时束腰宽度和位置的解析表达式以及M
2因子的表达式.对光强分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置和M 2因子进行了数值计算,并对计算结果作了分析.本文所得结果具有广泛的意义,因为正弦高斯光束、双曲正弦高斯光束和复宗量正弦高斯光束均可视为其特例.

提出了对两类光电成像系统干扰效果的评估准则.对观瞄用光电成像系统,可以根据对成像功能的损伤破坏程度将激光致盲干扰效果划分为四个等级,根据对目标识别的影响程度将烟幕干扰效果划分为三个等级.为定量评估烟幕对观瞄用光电成像系统的干扰效果,可以采用成像系统在实施干扰前后图像之间的相关函数作为评估指标,按照相关函数值的大小将干扰效果划分为三个等级.对跟踪用光电成像系统,可依据有干扰时成像系统能否输出有效跟踪误差以及跟踪误差是否超出正常跟踪精度的三倍判定干扰是否有效,并依据干扰成功率的大小划分干扰等级.

采用直线腔激光二极管(LD) 抽运Nd:GdVO4晶体1.34μm激光器.在泵浦功率为8W的情况下,获得连续波输出为1.91W.激光器光-光转换效率为23.9%,斜效率为29.1%.采用声光调Q,重复频率为10kHz时,得到最短脉宽、最大单脉冲能量分别为78ns和20.1μJ,最大平均输出功率为253mW.采用Nd:GdVO4晶体KTP腔内倍频激光器,在泵浦功率为6.7W时,得到单向连续红光输出为50.7mW,光-光转换效率为1.5%.

对厄米双曲余弦高斯光束通过光阑透镜分离系统的轴上光强分布做了详细的数值分析.研究发现,在一定条件下轴上存在两个光强极大值点,并且在这两个极大值点相互竞争中会出现焦点位置的有效置换,即出现焦开关.厄米双曲余弦高斯光束产生焦开关的条件是:光阑与透镜相对间距为1,光束阶数为偶数,光束参数小于其相应的临界值,截断参数在它的两个临界值之间.进一步研究表明,焦点位置相对跃迁量和轴上相对光强下凹量随光束参数的减小而增大,但是随着截断参数的增大焦点位置相对跃迁量和轴上相对光强下凹量将分别出现一个极大值.在大范围调焦的应用中,可利用焦开关实现调焦之目的;在精密聚焦的激光应用中,应控制焦开关的产生.

利用铌酸锂晶体为压电换能器,熔石英为声光互作用介质,研制出调制速度为32MHz、工作频率为180MHz、渡越时间为15ns、用于RGB彩色合成中的的声光调制器,文中主要讨论和分析了Q参数与调制器中心工作频率、换能器长度的关系;讨论了R参数对衍射光束形状的影响及与衍射效率的关系,还讨论并确定了换能器最佳尺寸,经测试,高速率声光调制器衍射效率为47%,并测试了调制速度.

根据磁流变抛光的加工特点,本文提出一种加工光学曲面的粗、精两级插补算法.粗插补算法控制工件的面形,精插补算法采用PVT模式,可实现对磁流变抛光光学曲面复杂过程的控制.仿真结果表明,采用该插补算法加工R41.3mm、口径20mm的球面工件,插补误差小于0.45nm,磁流变抛光该尺寸的K9光学玻璃,获得PV57.911nm的面形精度.

利用耦合模理论对光纤熔锥声光器件进行了数值模拟,得到了全光纤声光衰减器传输谱和可调谐性.分析了带宽与声波长、耦合长度的关系.数值分析结果表明,声波在光纤熔锥中引起的轴向电介质微扰、耦合长度和工作波长都会对器件的传输谱产生影响,选择合适的设计参数可以制作较为理想的声光衰减器.实验上获得了损耗小于0.2dB,带宽大于200nm,动态范围为20dB的单模光纤熔锥可变衰减器,所得结果与理论分析相符合.这种器件可用于光纤通信及光纤传感.

根据调制传递函数对比度定义,推导了线列光纤传像束调制传递函数(MTF) 的数理关系,建立了光纤直径有随机误差的线列光纤传像束MTF仿真模型,对MTF进行数值分析.通过考虑在光纤传像束中输入信号与光纤的位相匹配对MTF的影响,分析了V型槽排列和紧密排列两种不同方式的光纤传像束的平均MTF.结果显示,有随机误差的光纤束的平均MTF值分别分布于理想传像束平均MTF曲线附近,表明了光纤自身的误差对传像束的平均MTF影响不大;V型槽排列的线列光纤束的像质优于紧密排列方式的线列光纤束.

用Matlab软件模拟分析了高频光波导电光位相调制器的输出光谱特性.结果表明,在一定频率的微波源作用下,单色光通过光波导位相调制器后会产生光频谱展宽,展宽光谱中包括中心波长及各阶光边波带.随位相调制深度加大,边波带数目增多,光谱展宽增大;位相调制深度为3.3时,10dB展宽光谱中含边波带数为8个.实验制作了光波长1.55(m、微波频率10GHz的铌酸锂电光波导位相调制器;输出光谱中可清楚观察到正负三阶等频率间隔的边波带,即可实现七路光源输出,由此提出并验证了光波导位相调制技术用作多波长光源的可能性.利用位相调制器的光频谱展开得到多波长光源,具有成本低、易实现、促进系统集成等优点,有良好的应用前景.

针对多尺度模板构造,论述形成人眼视觉尺度现象的两个因素并探讨了感受器与节细胞间的空间信息组合模型.基于人眼视觉机理启发,提出了一种新的多尺度滤波模板构造方法.该方法根据标准高斯曲线的采样率变化生成尺度空间模板族.经过时域、频域分析和滤波图例的实验,验证了该算法的普适性、规范性和有效性.与传统高斯尺度空间模板构造方法相比,具有简单、规范等特点.

图像经分形编码后产生IFS分形码,它可被用来进行图像检索操作.针对图像检索的特点,将分形码中的位置参数替换为相对距离与方向系数.定义了分形码间的距离以及图像间的分形码距离,并取出分形码距离最小的前n幅图像作为检索结果,由此提出了基于IFS分形码的快速图像检索算法.从时间复杂性上分析,利用本文算法所需的检索时间与值域块的个数有关.实验结果表明,相对缩放与旋转变化,算法对位移与亮度变化具有较强的稳定性,其分形码距离的均值仅为14.07和20.05;并可检索到具有一定相似性的图像,且类间与类内分形码距离约相差8,类内距离远小于类间距离.

Ray-space数据特征分析表明,其片内和片间均存在很大相关性,并且其数据有明显的方向性特征.通过最优宏块分割、不同精度的块匹配和多参考片预测结果分析,讨论了适合Ray-space数据特点的片内和片间预测技术.与传统的只利用片内相关性的压缩技术相比,利用上述两类相关性,并结合Ray-space数据方向性特征,能进一步提高编码压缩效率.在获得相同重建图像质量下,可使基于H.264的Ray-space压缩方法比基于H.263的方法在码率上节省50%,比JPEG的方法节省75%左右.

在Horn-Schunck和N.Ohta的传统光流法的基础上,提出了用于抑制光线影响的改进的光流法,并将其用在云爆弹的爆炸过程分析研究中,得到云爆弹爆炸云雾扩散速度这一重要参数指标.改进的方法运用自适应高斯核平滑滤波器,对所拍摄的图像序列进行平滑滤波处理,以平滑图像和降低随机噪声对图像处理的干扰.利用rgb彩色模型在白光照射下的不变性原理,将传统彩色图像光流法中的RGB彩色模型转换为rgb彩色模型,得到了一种新的可抑制光线变化影响光流场算法,以减少因光线变化而造成对目标的误检测的影响.以云爆弹为研究实例,采用改进的方法计算云爆弹爆炸云雾图片中各点光流,并提取了扩散云雾平均速度信息.实验所得图片中平均光流大小约2.5pixel/ms,经过参数换算得出云雾扩散速度为109.78m/s,取得了良好的效果.

亚像元动态成像技术是实现遥感器高分辨、小型化非常有效的方法.将B样条插值方法应用于亚像元动态成像,提出利用四条B样条曲线插值两幅亚像元图像的方法.该方法利用待插值点邻域范围内的十二个点做四条B样条曲线,并取其中点的算术平均值作为待插值点的像素值.利用文中推导的插值算式可方便地计算待插值点的像素值.通过仿真对提出的方法进行了验证,给出了该方法与其它几种常用插值方法的性能比较,分析结果表明,该方法较其它几种方法得到的高分辨率图像效果更佳.

环境光照变化、光照分布不均匀会影响彩色图像中人脸的正确检测.在融合了不同的基于空域的解决方案的基础上,提出了一种自适应的彩色图像光照补偿新方法.分别对光照过亮、过暗以及中间灰度区域进行自适应的处理.对亮度值最小、最大的5%的像素,如果这些像素的数目足够多(本文大于100),在变换后分别压缩为0和255;用对数函数做非线性变换函数来修正中间灰度区域.在人脸PIE数据库上对光照不均的彩色图像进行了实验,验证了该方法能对人脸检测中的光照进行有效的补偿.

提出几种提高红外电路故障诊断仪诊断有源低热器件能力的新方法.这几种方法主要是通过增大元器件耗散功率和表面发射率来实现的.理论分析和实践结果都表明,本文所提出的方法能有效地改善有源低热器件的红外热图像.混和信号激励法能明显增大三极管放大电路耗散功率,特别是第一级耗散功率;增频激励法能有效提高IC耗散功率;表面漫射法能有效增大元器件的发射系数.这三种方法有效地提高了元器件的温度和发射系数,从而增强了元器件的辐射度或明显改善了它们的热图像.