三轴光电跟踪系统不存在空间跟踪盲区,为了提高系统引导或轨道测量精度,需要修正其系统误差.最小二乘系统误差修正方法精度较低,球谐函数系统误差修正有较高的修正精度,球谐函数系统误差修正方法应用到三轴光电跟踪系统中时存在困难.理论分析指出,应用球谐函数的系统误差修正需要在三轴光电跟踪系统中针对不同的方位建立多组修正参数.仿真表明,三轴光电跟踪系统中通过建立多组修正参数的球谐函数系统误差修正方法可以把系统误差降低到原来的30%.method based on global-function for three-axis optoelectronic tracking system

本文首先简要介绍了路径积分相位展开方法的原理,针对路径积分法在处理轮廓不连续包裹相位图时存在的缺陷,提出了一种新的质量图用来导引相位展开.算法以包裹相位质量为依据,最先展开质量最高的像素,最后展开质量最低的像素,以防止相位展开误差的传播,把不可避免的相位展开误差局限在最小的区域内.实验结果表明,该算法计算速度快,能有效地处理轮廓不连续相位展开问题.

提出一种应用于色选机的高速线阵CCD图像灰度分布校正方法,能够快速有效的提高线阵CCD图像质量.通过分析色选机成像系统中使用的大视场、大相对孔径光学系统的光能量衰减影响,高速线阵 CCD 的光电响应特性,建立了校正模型,模型中线阵 CCD 的各个光敏单元的衰减因子通过标准样板标定确定.采用 FPGA 实现校正模型,可在图像传输的过程中同时进行校正,每帧图像的校正延时不到0.1μs,满足色选机的高速处理要求.

极紫外投影光刻(EuvL)两镜微缩投影物镜通常采用Schwarzschild结构和平场结构.本文分析了这两种结构在EUVL不同发展阶段的设计特点,并依据有限距反射系统像差理论,从解析解出发,设计了两套平场两镜系统,分别用于对分辨力为70nm、无遮拦、环形视场扫描曝光系统及目前研制的EUVL32nm技术节点小视场曝光系统的研究.系统设计指标满足极紫外投影光刻要求.

本文设计了一种视场角为3.的离轴使用的同轴三反射系统,并从理论上分析了焦平面如何离焦补偿像差、反射镜倾斜和偏心之间的补偿关系.通过采取离焦、折镜的平动或转动、反射镜本身的偏心和倾斜相互补偿的方法,来补偿反射镜的装调误差.事实证明,比普通离轴三反射系统的装调容易实现,精确度高.

光电望远镜口径超过5m以后,应该补偿风阻力矩干扰,以提高光电望远镜跟踪精度.本文首次将自抗扰控制器应用于光电望远镜的伺服系统中,根据自抗扰控制器可以动态补偿系统模型扰动和外部扰动,将作为负载扰动的风阻力矩归为外部扰动,利用扩张观测器对包括风阻力矩的各项扰动进行观测和补偿.该方法能有效地抑制风阻力矩对系统的影响,同时提高伺服系统速度环的响应速度,减小了稳态误差且无超调.仿真结果表明,具有自抗扰控制器的调速系统,当随机风阻力矩在±100N.m之间变化时,系统稳态误差的均值为1.8×10-5rad/s,标准差为9.87×10-4rad/s,最大值约为5.7×10-3rad/s,其抗扰性能明显优于PID调速系统.

基于侧准直原理和LED的光强分布特性,结合现有的二维准直表面和非成像光学二维形成给定光强分布表面的设计方法,设计了具有扩展功能的垂向准直、侧向120°内角向均匀分布的适用于航标灯的LED单元模块.利用该模块,可以很容易地拼装出全角360°的LED航标灯系统.在现有LED的光效水平下,整个系统的峰值光亮度可以达到83cd/W,具有很高的能量利用效率.

在普通光学成像系统中引入相位模板和数字图像复原技术,可以增大系统的景深.本文设计了一种新的由多个等面积环形区域组成的纯相位模板,相邻的环形分区交替补偿高斯物面两侧离焦.同时,基于频域滤波理论和MTF离焦不变性质,给出了相应的不依赖于离焦程度的图像复原滤波器的表达式.系统的MTF曲线、MTF密度图和Spoke图结果表明系统具有大景深特性.通过适当调整模板参量,系统景深可以达到普通光学系统的4倍以上.系统可以应用到生物和医学的显微成像、机器视觉等多个领域.

研究了高效磷光染料八乙基卟啉铂(PtOEP)掺杂于主体材料八羟基喹啉铝(Alq3)体系中PtOEP、Alq3之间的能量传输机制.分别以PtOEP掺杂和未掺杂的Alq3膜作为发光层制作有机发光器件(OLED),改变掺杂浓度,检测器件电致发光(EL)光谱的变化.经分析,在5%、10%、20%三种掺杂浓度中,10%掺杂浓度能量传递效果最好.通过对掺杂和未掺杂器件电流密度-电压、亮度-电压数据检测,计算外量子效率,在低电流密度(《7mA/cm2)驱动下掺杂器件外量子效率是未掺杂器件的5倍.

本文提出一种基于新型光电材料PLZT的电机--光电机.针对国内外的研究现状,重点分析光电机的驱动原理,光电机通过新型功能材料PLZT在紫外光照下产生光生伏特效应这一特性,借助电场力推动电机运动,实现从光能到机械能的转换.在此基础上结合有关数学推导,得出了光电机的驱动力表达式,给出简易的电机结构模型.本文将光电机与传统电机进行全面比较,得出其优势和存在的不足;在介绍国外研究的基础上,深入分析光电机研究过程中面临的难题,指出光电机研究未来的发展方向和光电机应用领域.

为了使经纬仪进行实时自动检调焦,提出了一种双分离透镜法检焦系统,该方法利用目标自身的反射光,经双分离透镜将通过镜头后的光路分割成两束,通过检测目标在 CCD 上成像光斑位置的偏移量进行调焦,对具有一定亮度的目标能理想的自动对焦,自身不需发射系统,耗能少,结构紧凑;利用相关法进行数据处理和拟合,提高了检焦系统的分辨率.实验结果表明,此方法的检焦分辨率在0.1～0.15mm范围之内,检焦精度基本满足经纬仪第一像面焦深范围之内的要求,并具有调整方便以及实时性等优点.

基于人眼光学质量客观评价标准区域调制传递函数(AreaMTF),斯特列尔比(SRX)和同心相对瞳孔平面(PFWc),分析了波前像差RMS为0.25pm时泽尼克像差项组合对人眼光学质量的影响.C4(离焦)与C12(球差)等组合后,像差比例在1.33到4.90的范围内AreaMTF和SRX有极大值;C6(三叶草)与C7(彗差)等组合后,像差比例在0.20到1.00的范围内它们有极小值.二阶像差(离焦和像散)组合时,C4(离焦)起着主导作用.三阶像差(彗差和三叶草)组合时,SRX和PFWc值的变化范围均较大,分别为0.066到0.228和0.048到0.656.

提高非相干光纤激光组束功率,需要尽可能大的光栅衍射效率.通过理论分析和数值仿真,结果表明PTR布拉格光栅存在最佳厚度,并且光栅衍射效率随着光栅频率和组束波长带宽的减小而增大.在光纤阵列宽度一定的条件下,存在最佳光栅频率值使得总体衍射效率取极大值.实际应用中应选取光栅频率200～700mm-1,组束波长带宽0～20nm,在此基础上进一步设计组束光学系统的其他参数.

针对高功率掺杂光纤激光器设计中存在的多个设计参数无法全局最优化的问题,本文提出一种高效灵活的遗传算法对高功率掺镱双包层光纤激光器的六个重要参数(泵浦波长、信号波长、谐振腔的反射率、光纤长度、掺杂浓度、泵浦功率)同时进行多维变量优化.该方法采用一种全局优化算法(遗传算法),分别讨论了在输出信号功率作为遗传算法中的目标函数时,高功率掺镱双包层光纤激光器的各个系统参数配置.实验结果表明,在所设定的波长范围内,最优的泵浦波长和信号波长分别为975nm和1044nm;最优光纤长度和掺杂浓度有一一对应的取值;谐振腔输入镜面反射率应越大越好,而输出镜面反射率与泵浦功率的大小相关.

选择Zn02与A1203质量比为97:3的靶材为溅射源,用射频磁控溅射法室温下在玻璃基底上沉积AZO/A～AZO薄膜,讨论了氧流量变化对薄膜透光率、方阻及表面形貌的影响并深入分析了机理.研究结果表明,氧流量变化会导致薄膜沉积厚度的变化,氧流量为4时薄膜沉积速率最快.沉积AZO时充入氧气会使整个膜系的透光率不随Ag层增厚明显降低,并且会使膜系的方阻降低.在最优氧流量为4L/min(标准状态下,下同)上下各沉积59nm的AZO与氧流量为0时沉积33nm银层相匹配的复合膜在可见光区(包括基底)的透光率达到90%,方阻为2.5Ω/□.

介绍了一种利用圆环孔径和锥镜剪切散斑干涉技术检测缺陷的新方法,该方法是一种非接触式的检测方法,不受缺陷形状和位置的影响,能够准确地检测出缺陷的位置和大小.分析了圆环孔径锥镜剪切散斑干涉的基本原理,给出了散斑图全场滤波分析的平均光强解析式和实验结果.结果表明,该方法能在一张双曝光的散斑图上可同时记录物体在所有方向上的变形信息,并能连续地再现出来,散斑图的信息量丰富.在全场滤波分析时,适当选择滤波孔的位置,可得到清晰的缺陷的全场条纹图.在实时滤波分析观察时,将滤波孔连续地旋转,可观察到物体动态变形的全过程,散斑图的条纹在变化,而缺陷的位置不变,从而为缺陷检测或其它动态检测方面提供了一种新方法.

针对工程应用中靶状激光图像带有较强噪声干扰和要求图像处理速度快的特点,本文提出基于局域最大亮度的靶状激光图像边缘检测方法.该方法根据靶状激光图像由多个明暗相间的圆环组成的特征,采用一个大小适当的圆形检测模板,让模板沿着亮环按一定规则在一定范围内移动,计算模板内各像素点的亮度和,使亮度和为最大值的模板的中心点为这个区域的边缘点.用最小二乘法将由此方法获得的边缘点拟合定中.用摄像机(640像素×480像素,光靶分辨率为0.0504mm/像素)距光源10m处拍取50幅图像,处理后的定中标准差为0.0237mm.实验和应用结果表明,此方法速度快,精度高且抗噪声性能好.

针对三角法测量的不足,设计了一种跟踪式偏振光三角法测头.对三角测量法的理论分析表明减小测量范围能提高测量精度.测头结合表面跟踪方法与三角测量法,跟踪使测量范围不受限制;仅在小范围内进行三角法测量,测量精度大大提高.对金属表面的反射特性进行了分析和推导,得出镜面反射与漫反射具有不同的偏振特性.通过偏振滤光减少了镜面反射光对测量的影响,从而降低了对被测表面材质的要求.本文给出了测头结构和工作原理.试验表明,测头能测量镜面反射较强的金属表面,测头可自动跟踪表面,并可结合测距仪实现表面形状的高精度测量.

针对现有的基于圆环点的摄像机自标定算法抗噪性能差,计算过程复杂等问题,本文提出了一种改进方法.根据射影几何中交比和调和共轭的性质,通过Harris角点计算出四条直径方向上的消失点.同时由拉盖尔定理求取圆环点的图像坐标,在圆环点与内参数的约束下求解所有内部参数.该方法的优点是圆环点求解简单,不需要检测椭圆和直径.实验结果表明,该算法精度高、鲁棒性强,且因无需知道圆的任何几何信息而有较好的实用性.

提出了一种基于模糊融合的红外弱小目标快速检测新算法.算法以差分图像为基础,根据差分图像的噪声特性引入衡量像素点灰度变化程度的隶属度函数,将经过隶属度函数"模糊化"的数帧差分图像进行模糊"与"操作实现融合,按照规则对融合后的图像进行两次模糊推理,实现了弱小目标的检测.仿真实验结果表明,该算法保留了差分法良好的实时性,克服了确定检测阈值难和"硬"判决带来检测概率低的缺点,能快速有效地检测出低信噪比红外图像序列中的像素个数不小于4的弱小运动目标.

针对基于传统三角原理的结构光三维测量方法难以测量阶梯形物体的问题,应用神经网络对获取的变形条纹进行处理,获取物体的三维面形信息.该方法通过对神经网络的训练,直接建立条纹图分布与物体高度之间的对应关系,完成对物体的三维测量,即使在投影系统参数未知的情况下,也能取得较好的结果.论文中提出的神经网络三维面形测量方法测量时间短,测量过程中只需要一幅条纹图就能恢复阶梯物体的高度信息.计算机模拟及试验验证了方法的可行性.

通过理论分析和数值模拟研究了在双脉冲泵浦情况下的级联和频与差频的二阶非线性效应,探讨了走离效应对波长转换的影响.由于不同波段的光脉冲之间的群速度失配导致光脉冲之间的走离,使和频光脉冲随波导长度不断产生并展宽,结果表明在走离效应的影响下和频光脉冲移出非线性效应作用区带走能量,作用区的能量平衡关系被破坏:差频转换效率受到和频转换效率较低的遗传而下降;同时转换脉冲波形受到和频脉冲展宽的影响而发生了畸变.研究还表明,双泵浦波长同时变动时泵浦带宽很宽,而单一泵浦波长变动时泵浦带宽很窄.

多通道Gabor滤波器提取的虹膜特征具有冗余信息并存在部分非有效特征,针对此问题提出了改进方法.对同尺度不同方向的Gabor特征,利用幅值信息进行融合,对融合后特征进行相位编码,并运用海明距离匹配.这样,既保证了高识别性能,又将虹膜特征码压缩为传统方法的1/2,可提高匹配速度,并节约存储空间.还提出一种虹膜图像质量评价方法,可有效鉴别不适于识别的低质量虹膜图像.在CASIA和UBIRIS虹膜库的实验结果表明该方法是有效的.

研究了使用三维人脸模型进行不同姿势下的人脸识别问题,提出了一种三维建模二维识别的人脸识别算法,首先使用该方法将三维模型向不同方向投影,进而将不同姿势的二维图像与不同方向的投影结果相匹配,进行.人脸识别.研究了使用Minolta Vivid 910进行数据获取,创建三维模型的方法和过程.实验结果表明,在进行不同姿势的人脸识别时,该方法的识别速度快于三维可变形模型方法,识别率远优于使用二维正面图像作为模板的人脸识别方法.

提出一种使用提升格形态小波进行生物芯片图像滤波增强的方法.根据生物芯片图像的样点和噪声区域的大小选择合适的结构元素或者预测.升级算子,并通过形态学算子或者提升格构造形态小波分解和重构形式.利用形态小波的不同级连方式和高频系数的处理实现生物芯片图像的滤波增强.实验表明,该方法可以有效地结合形态学和小波滤波的优势,降低了运算量,取得良好的生物芯片图像增强效果.based on morphological lifting scheme wavelet

针对强光背景下小目标图像特点,提出了一种图像增强算法.在分析了归一化不完全Beta函数取值特征后,找出了Tubbs用于拟合的α、β在原图极亮、极暗情况下产生跳变的原因,给出了其服从连续变化规律的解释,并在采取模拟退火算法求取其最佳值时,给出了相应处理办法,从而确定了最佳变换曲线,实现原图像的自适应增强;然后采取基于三帧累加图像流处理的办法来累积小目标能量及平滑噪声.仿真实验结果表明,该方法能有效实现强光背景下小目标图像的增强.

通过分析影像上阴影区域的属性,提出了一种基于阴影属性的高分辨率遥感影像阴影检测和去除算法.利用阴影区域蓝色分量偏高的特性,对归一化B分量和原始B分量进行阙值检测,并结合小区域去除和数学形态学处理,得到较精确的阴影区域;然后,分别在 RGB 空间和 HSI 空间对各个独立的阴影区域与其邻近的非阴影区域进行匹配,完成阴影去除操作;最后沿着阴影边界做一次中值滤波以减轻边缘效应.仿真结果验证了算法的有效性,并且显示在 HSI 空间获得了更好的补偿效果.

针对视频运动对象的自动分割,本文给出了一种基于差异积累的自动分割算法.与传统的基于运动信息变化检测方法不同,该算法通过累积的帧差信息构建出可靠的背景,与当前帧比较进而提取出视频运动对象.本文提出了一种增强的基于Otsu法的自适应阈值化方法,能更准确地对背景差图像进行闽值化分割,克服了传统Otsu法阈值化容易失效的问题.改进的基于区域生长的定位方法更能避免传统方法的误定位及重定位的问题.实验结果表明,本文算法具有较好的实时性、自适应性以及鲁棒性,可以较为可靠地建立背景模型并进行实时更新,适用于刚体或非刚体存在平缓的光照变化以及摄像头微抖动的视频运动对象的自动分割.