本文使用傅立叶变换法对符合Kolmogorov谱的大气随机相位屏进行了数值模拟,采用三层随机相位屏叠加模拟大气湍流.通过比较模拟相位屏的相位结构函数和理论值的符合度对相位屏的统计特性进行了验证,利用长曝光传递函数和相位结构函数计算大气相干长度r0.结果表明,用傅立叶变换法模拟的随机相位屏是正确的,但相位结构函数存在明显的低频空间频率成分不足,采用三层随机相位屏叠加对相位结构函数和理论值的符合度有所改善,实际r0值比设计值偏大.

采用基于DSP和CPLD的数字化伺服控制技术解决光电传感器的机载应用问题:隔离机体的高频振动并随动于驾驶员头盔.利用TMS320LF2407的强大数字处理能力和丰富的外围接口实现伺服系统位置环、速度环和电流环的数字控制,将陀螺模拟信号经V/F转换成10 kHz～90 kHz的频率信号,采用Lattice LC4512V的10M基频对的频率信号计数成16位数字信号,实现陀螺与DSP的无缝高速连接.试验结果表明数字伺服系统达到了较高的控制精度,能满足光电传感器的机载使用要求.

为能够有效解决实时直线图形提取问题,提出了一种基于多约束Hough变换(HT)的直线提取算法.该算法首先分析了数字图像中直线边缘的三种结构特征,提出采用基元结构表示目标边缘点,并在约束条件下计算基元结构的基元倾角.在此基础上,结合传统的HT的思想对基元结构进行极角约束HT,以获得最终的直线参数.实验结果表明,对合成图像和自然图像,该算法比梯度HT的运算速度分别提高约190倍和22倍.

光学层析图像重建是个病态问题,测量误差会在重建过程中被放大,对此,提出一种以广义高斯马尔可夫随机场模型为先验信息的光学层析图像重建方法.重建过程是对目标函数的优化过程,目标函数关于光学参数的梯度计算是算法中的难点,因此,提出一种基于梯度树的梯度计算方法.文中分别给出了吸收系数和散射系数的重建结果,并引入三个指标因子衡量重建图像的质量,进而列出不同重建算法下,重建图像的指标值.最后通过对重建结果和指标因子取值的比较,分析基于模型的重建算法的有效性.

提出了一种新的制作双通道计算全息图的方法.通过在一张全息图中同时记录一个物体傅里叶频谱的复共轭信息和另一个物体的傅里叶频谱信息,重新设计计算全息图的抽样单元,使输入的两个平面物体,同时再现在同一衍射级的相同或不同方向上,再现的两个像在空间完全分离开来,从而实现了载波信息的通道变化.该方法已经在实验中得到了印证,文中给出了相应的原理和实验结果.

提出了一个新的利用延迟荧光强度来表征植物光合速率的系统.根据延迟荧光光谱特征,选用硅雪崩光电二极管(Si-APD),使其运行在盖革(Geiger)模式下作为延迟荧光单光子探测器,采用有源抑制和门控模式(AQGC)进行驱动,对温度、偏压、鉴别电平等参数进行了优化.为了验证系统性能,以大豆(Zao Shu No.18)叶片为模型样品进行了延迟荧光衰减动力学和本底的测量以及延迟荧光强度与最大净光合速率的对比测量,实验结果表明延迟荧光的信噪比达到1000∶1,延迟荧光强度与最大净光合速率的线性相关度达到0.984.该系统具有准确和受外界环境影响小的优点.

通过引进电光λ/4波片的Jones矩阵,阐明了用脉冲控制的电光波片构成的光学直流电压传感器的敏感特性;该传感器结构把被测量的直流电压信号转换成了交流脉冲控制的电压信号,因此输出电压信号对电磁干扰不敏感,且消除了输入光强波动的影响;双光路的输出结构消除了温度变化引起的干扰双折射的影响.用该传感器对-500～500V的直流电压进行了测量,其非线性误差在±0.5%以内,实验结果表明,该传感器结构是可行的.

本文介绍了利用光截面发射器、单CCD摄像机和双定向技术实现物体表面三维自动测量的系统.文中叙述了系统的组成和测量原理,详细介绍了利用控制板的单CCD摄像机双定向技术,将三维问题简化为两次二维求解的解算过程,空间三维坐标的自动解算和实物模型的量测等.系统中使用的直接线性变换(DLT)方法具有形式简单、方便实用、解算稳定可靠的特点,在解算过程中无需相机的内外方位元素.系统所用的方法是单CCD摄像机进行物体表面三维自动测量的新途径.

利用自行研制的电流与红外实时监测系统,研究了YBCO高温超导薄膜激光辅助化学刻蚀进程中溶液腐蚀电流与红外辐射的变化规律,为YBCO激光化学刻蚀技术中激光功率选择,腐蚀液配比,温度控制以及刻蚀时间的掌握提供了重要的实验依据.主要研究结论包括:YBCO薄膜激光化学刻蚀中溶液腐蚀电流初始值较大,增长速率相对稳定,观察到"陡降峰"的出现,并与无激光辐照下的溶液腐蚀电流变化曲线进行对比,分析了可能的原因;通过对腐蚀溶液的侧面红外实时监测,观察化学热的生成及其对流情况,发现激光辐照使YBCO薄膜刻蚀速率加快,而且除激光化学作用外,腐蚀液自身温度升高也是导致刻蚀速率加快的重要因素.

介绍了一种用于全反射法折射率测量的光学系统.当采用一个光源时,折射率测量的精度和量程受到接收面积的限制,采用多光源的光学系统,通过把量程分段,切换不同的光源来选择合适的量程,能在不改变接收端光电传感器的条件下,提高测量精度,扩大量程.本文根据折反射定律,通过分析光路图,给出了此光学系统的结构参数.理论计算和实验结果表明,当采用三个光源时,测量精度或量程比单光源系统提高到三倍左右.

提出了一种全新的圆度误差光学自动测量方法.新方法基于单缝衍射原理,利用工件的圆度误差来改变衍射单缝的宽度,进而改变衍射条纹的间距.在测量单缝衍射中央明纹的宽度时,提出了用最小二乘法对测量到的衍射图像的光强分布进行二次曲线拟合,并由拟合得到的数学表达式,确定衍射暗条纹的精确位置.由导出的工件圆度误差与单缝衍射中央明纹宽度之间的关系,用最小二乘法对工件的圆度误差进行了评定.测量结果表明,新的圆度误差测量方法是可行的,圆度误差的相对不确定度小于1.4%,并且测量系统具有操作方便、精度高的优点,新方法也可应用于锥角、直线度误差等其它几何量的精密测量中.

分析了双门滤波算法抑制噪声能力强的特性,针对其在计算目标门和背景门均值和方差时计算量大的缺点,提出了一种快速双门滤波算法,该方法利用两个与图像一样大的二维数组来保存中间结果,这两个数组的元素值分别代表图像左上角所有像素的和与平方和,则计算目标门和背景门的均值和方差时可将MxN次加法和一次除法简化为两次减法、一次加法和一次除法运算,从而大大减少运算量,本算法的计算量从理论上讲仅为传统双门滤波运算量的3/M×N,且计算量不会随目标门、背景门尺寸的增加而增加(M、N分别代表背景门的高度和宽度).运用快速双门滤波抑制背景和噪声,初步检测出目标,然后再利用目标运动的连续性剔除虚假目标,实现运动目标的最终检测.试验结果表明:该算法能够对小目标进行有效的检测.

对于多传感器融合系统,在处理中心往往由于通信数据链的失误,出现滞后数据(即无序量测),这对数据不利于融合的正常进行.本文对此提出一种最优和次优的无序量测无迹卡尔曼(UKF)滤波器,基于UT变换,把多步滞后量测转化为等价一步滞后量测,用无序量测直接滤波更新.通过最优、次优UKF滤波器和扩展KF滤波器在不同情况下对地面跟踪目标指示器(GMTI)组合跟踪的无序量测处理作比较,可看出本文所述滤波器提高了非线性条件下的无序量测滤波精度.

为了消除舰船摇摆对舰载光电跟踪设备稳定精度的影响,提高系统视轴稳定性能,根据舰船摇摆对视轴偏差影响的随机性,在描述视轴稳定回路的基础上,设计视轴稳定滑模变结构控制器,并引入约束条件,以减弱系统抖振.利用AR序列预测估计方法,实现视轴偏差预测估计,完成视轴稳定滑模变结构控制律的求取,并利用matlab仿真软件,对视轴稳定滑模变结构控制律进行数字计算.仿真结果表明,该控制方法能有效地消除了陀螺测量随机噪声带来的影响,减弱了系统抖振,对舰载视轴稳定有良好的性能.

为了进一步提高光学遥感目标提取精度,拓展目标提取方法的适用范围,推进遥感智能化信息提取方法的发展,本文从谱带强度与波形特征有机结合的角度出发提出了光谱排序编码法.首先介绍了该方法的基本原理:对端元光谱与图像光谱按谱带强度大小各自进行排序的基础上,通过比较同一顺序上的波段位置的异同来计算两条光谱曲线的相似度;然后开展了与约束能量最小法(CEM)、光谱二阶导数法(SSD)的目标提取精度对比实验,结果表明该方法的目标提取精度为95%,比CEM提高了41.9%,比SSD提高了46.9%;最后利用SPOT多光谱和AVIRIS高光谱数据检验了该方法在目标提取适用范围上的能力,结果表明该方法既适用于多光谱遥感,又适用于高光谱遥感.总之,算法具有速度快、精度高、适用范围广的特点.

提出一种基于相位相关的车载视频稳像算法.采用对数极坐标变换技术以及相位相关技术检测图像帧间的旋转、尺度变换以及平移运动参数.为克服局部运动对全局运动参数的影响,采取了由局部运动参数求取全局运动参数的策略.在建立运动参数状态空间模型的基础上,采用Kalman滤波技术进行运动滤波,获取补偿参数.实验结果说明该方法能够比较理想地保留摄像机的主动运动,去除高频抖动.

空间目标的光度特性反映了目标的在轨运动状态,通过空间目标的光度测量可以判断空间目标在轨特性和进行空间目标的编目识别.比较了空间目标光度特性光度计和CCD测量的两种方法,并采用恒星比对的方法,得到了空间目标的星等数据,实验结果表明两种测量方法星等精度相当,但CCD测量可以在白天测量空间目标的光度特性.

此激光平行光管具有以前平行光管的优点,且可以与数字相移干涉仪对接,直接进行波前误差的高精度测量.分别用于三种波长,主波长λ=0.6328μm,另有λ=0.532μm和λ=1.06μm两种波长.基于三级像差理论,得出了采用非球面单透镜的平行光管的光学设计初始参数.以通光口径为Φ300mm、后截距为4616mm物镜为例,分析了不同波长下的波差、球差和有效焦距的变化情况.在其设计、加工、检验和装调上解决了诸多关键技术研制出了此规格的平行光管.最终物镜的波前误差达到0.11λ(λ=0.6328μm).

定量地研究高级像差对人眼成像质量和视觉的影响对人眼像差矫正具有重要的实验和临床意义.利用Hartmann-Shack波前传感器人眼像差仪测量了正常人眼6mm瞳孔的波前像差,由波前像差计算出人眼光学系统的光学调制传递函数MTF和Strehl比率,并由MTF和视网膜空间像调制度AIM曲线计算出人眼视锐度和对比敏感度函数CSF.根据MTF和Strehl比率分析了高级像差对人眼成像质量的影响,根据视锐度和对比敏感度函数CSF分析了高级波像差对视觉的影响.研究表明Zernik前6级像差对人眼成像质量和视觉的影响是不可忽略的,更高级的像差对人眼成像质量和视觉的影响较小,甚至可以忽略.对Zemik前6级像差进行矫正,可以得到相当好的视觉.

从理论上论述了在真空望远镜主反射镜的几种侧支撑结构,并运用有限元法对之分别进行了分析计算,得到使用了不同侧支撑结构的真空望远镜主镜在不同观测角度时的表面变形结果,通过比较变形结果,得到使用新配方粘接剂的粘接侧支撑机构支撑效果更好.在已确定使用Grubb十八点底支撑结构后,分析了使用粘接剂的侧支撑结构主反射镜变形与应力情况.通过有限元分析结果,得出变形结果符合整个光学系统的公差要求,同时证明了使用改性粘接剂的侧支撑系统可有效减少光学件表面变形量.

为了减小大气闪烁对自由空间光通信的通信性能的影响,基于光信号的对数振幅序列服从联合高斯分布特性,提出了一种最大后验概率算法,给出了随时间变化的判决阈值.模拟结果表明,此算法可以有效减小大气闪烁对通信性能的影响,降低其误码率.

本文研究了WDM网状网在hose不确定业务模型下的鲁棒资源配置问题,提出了基于Valiant负载平衡的鲁棒资源配置算法.本文以全网代价最小为目标,提出了两种快速的启发式算法-MPCF算法和MFCF算法,并对它们的性能进行了比较.同时在研究了传统的资源配置算法的基础上,进一步对Valiant负载平衡的鲁棒资源配置算法进行了评估.

图像测量技术,一个很重要的方面就是图像的边缘检测定位,而边缘定位的准确与否又直接影响到测量的精度.常用的检测算法都是像素级的,对测量要求较高的场合无法满足要求.定位速度一直是边缘检测算法的一大瓶颈,本文正是在保证一定精度的前提下,研究了快速图像测量算法,即运用LOG算子先对工件进行快速边缘定位,在此基础上采用zernjke矩法将精度提高到亚像素级.为了得到实际的测量尺寸,应用块规进行了系统标定并进行了一系列测量实验,实验结果表明该方法定位精度接近于Zernike矩法,且算法的运行对间大约在1.5s左右.

针对传统图像增强方法的不足,提出一种基于模拟频域滤波重构直方图均衡的图像增强方法.将频率域滤波的思想引入空间域直方图运算当中,在模拟频率直方图统计中进行频率信息的统计,利用这些频率信息建立模拟频率域坐标,进行模拟频域滤波,对滤波处理后的直方图进行均衡化处理.实验表明:与传统方法相比,该算法优化了灰度级的动态分布范围,能得到更清晰的增强效果,且在图像中没有视觉明显的噪声放大.

本文通过大量的实验,综合运用图像处理和模式识别技术,深入、系统的研究了自动识别的理论和技术.针对目前研究现状,本文提出一种基于数字图像处理技术的高炉泡沫渣图像边界检测方法.该方法由x射线穿透高炉到影像增强器,CCD摄像头将采集到的溶渣泡沫影像经图像采集卡转换成数字图像,由计算机经图像处理后得到溶渣泡沫的轮廓线,并由轮廓线背景的刻度线直接看出溶渣泡沫各处的实际高度.实验结果表明,该检测方法在原理上是可行的,对于在现场实现溶渣泡沫高度的在线检测具有指导意义.

在分析利用颜色直方图进行图像检索时存在问题的基础上,提出了一种新的图像空间描述符.首先利用颜色矢量角的特性将图像分为边缘区和平滑区两部分,然后,针对两种区域的不同分布特点,综合利用图像的边缘信息、形状信息及空间分布特性,采用两种不同的描述符--方向颜色矢量角直方图和空间联合分布熵分别来提取图像的边缘区和平滑区的分布特征.实验结果表明,将其用于图像检索,取得了很好的检索效果.

以尺度类似于时间,对具有不同分辨率的多幅图像建立起状态方程和观测方程;以标准Kalman滤波为工具,将具有不同性能与特点的图像进行融合,并给出了分块快速算法.利用估计误差绝对值均值对融合的性能进行了评估.多组实验与分析表明:所提出的图像融合算法不仅能有效的去除噪声和提高图像分辨率,而且通过图像融合,能够大大改善存在部分遮挡和恶劣天气等影响下获取的存在灰度、对比度变化的图像的性能.

由于正交小波变换的不具备线性相位、不具有平移不变性等特性,导致其在图像去噪领域仍存在很多问题,本文将双正交冗余离散小波变换应用到几种经典小波阈值图像去噪方法中,以克服标准正交小波变换在阈值图像去噪中存在的问题.实验证明该方法的去噪效果明显优于正交小波方法和普通双正交小波变换的去噪效果.

提出了一种基于小波域局部统计模型图像去噪方法.该方法利用图像小波子带的方向性特点以及小波系数尺度内和尺度间的相关性:将小波系数尺度内的相关性建模为一种各向异性马尔可夫随机场(Markov Random Field,MRF)先验概率模型,将小波系数尺度间的相关性建模为局部奇异性的条件概率模型.通过在贝叶斯框架中采用这种先验概率模型和条件概率模型可以得到一种具有自适应性的贝叶斯萎缩函数.利用这种萎缩函数可以实现对小波系数的修正.实验结果表明利用该方法进行图像去噪能够取得良好的效果,同时可以有效地保留图像的细节.

在纹理分类中采用谱直方图表示(SHR),每个图像窗表示一个包含滤波后图像直方图的特征向量,而直方图是图像谱表示的连接桥梁.在滤波器选择算法之前,结合每个图像分块和滤波器的独立谱表示和直方图,可以获得更加低层的局部特征.最后,时所有独立滤波器采用滤波器选择算法来得到所需的少量滤波器.为了保证分类的可靠性,选择高斯径向基函数(RBF)进行谱直方图表示,采用支持向量机(SVMs)作为分类函数.对本文方法和其它两种方法:Gabor滤波和独立成分分析(ICA)进行了纹理分类和脸部识别的比较实验.实验结果表明,本文方法具有更高的分类准确性,也证明了SVMs优秀的泛化能力.