针对红外图像中模糊目标难以分割和识别的情况,提出以小波多尺度滤波分解后的逼近图像作为自适应域值进行图像二值化的方法,由此分割出模糊图像中的目标,提取目标的轮廓边缘.然后,提出一种新的矩计算方法提取目标的不变性特征.实验结果表明,该方法具有很强的抗噪和抗扰性能,能有效提取复杂背景中模糊目标的平移、缩放和旋转不变量,极大提高了运动模糊目标识别的可靠性.

提出利用无源耦合腔结构以拓展VCSOA的增益带宽,从而实现基于VCSOA的交叉增益调制波长转换新构想.结合载流子密度速率方程和传输矩阵方法,首次对该新型耦合腔结构VCSOA的波长转换特性进行了数值模拟,重点研究了泵浦光功率以及信号光功率对转换光消光比特性的影响.仿真获得了上下各4 nm的波长转换范围,该结果已大大高于普通单腔结构VCSOA的增益带宽.

在微操作中,显微视觉系统获取的图像通常是离焦模糊图像.根据最小二乘原理和回归模型设计自适应滤波器,用于消除图像噪声,提高图像的信噪比;离焦模糊图像的退化模型可用圆盘函数描述,利用模糊图像频域的零点位置来估计圆盘函数的模糊参数;采用基于简化Wiener滤波的逆滤波器方法对模糊图像进行复原.对算法进行了仿真和实验分析,结果表明,该方法能够以较少的运算时间代价获取较好的复原效果.

提出了一种基于双树复数小波变换(DT-CWT)和支持向量机(SVM)的纹理分类算法.双树复数小波变换不仅具有实数小波的诸多优点,而且还具有近似平移不变性、良好的方向选择性和低冗余度,并且能对图像进行完全重构,能够更好地刻画纹理的特性;支持向量机算法是近年发展起来的性能优越的分类算法,比传统分类器有很大的优越性:避免了局部最优解和"维数灾"问题,其最优分类超平面的思想能够提高分类准确度.该方法用双树复数小波对纹理图像进行滤波并在各方向子带上进行重构,再计算其局部能量函数得到每个像素的特征向量,最后利用支持向量机算法实现对纹理图像像素的分类.将本方法与其它的分类算法进行比较,实验结果表明,提出的算法能有效地提高正确分类率.

传统模糊C均值聚类(FCM)算法进行图像分割时仅利用了像素的灰度信息,并且使用对噪声较敏感的欧氏距离作为像素与聚类中心距离度量的标准,因此抗噪性能较差.为了克服传统FCM算法的局限性,本文提出了一种基于空间邻域信息的二维模糊聚类图像分割方法(2DFCM).该方法利用二维直方图描述的像素邻域关系属性,一方面为聚类提供较准确的初始聚类中心,从而避免聚类中的死点问题;另一方面通过提出聚类中心同时在像素值、像素邻域值二维方向上进行更新的思想,建立了包含邻域信息的新的聚类目标函数,实现了图像的分割.实验结果表明,这种方法抗噪能力强、收敛速度快,是一种有效的模糊聚类图像分割方法.

本文分析了实现大范围空间光电跟踪的视轴偏心三轴跟踪机架的轴系误差.在刚体动力学的基础上,利用姿态变换的方法对视轴偏心的这种新型跟踪机架进行分析,推导出了机架指向精度的具体算法,探索了计算视轴偏心的三轴跟踪机架误差及误差分配的新方法,并针对一跟踪架的具体误差进行了指向精度计算.其中,垂直度误差对指向精度影响最大.

针对H.264帧间预测时的多子块模式选择和帧内预测的多模式选择问题,提出了一种实用的基于统计门限的模式快速选择算法,通过门限设定有效限定了编码模式的选择范围.多组视频序列的实验结果表明,基于统计门限的帧内预测模式选择算法在Ⅰ帧的PSNR值有微小变化的情况下,大大降低了编码时间,Ⅰ帧的编码时间降低17%～23%,PSNR下降不到0.4%.基于统计门限的帧间块模式选择算法使得平均PSNR值下降了0.047dB(PSNR最大下降不到1%),但是相对全模式预测时,编码器速度提高了20%～30%.

当要求的场景尺寸超出一个光学传感器的范围时,同时取得完整的场景就成为一个难点.针对这一问题,采用多个光学传感器同时对场景进行采集,可以得到几幅互相有一定重叠的场景图像.应用改进的相位相关算法对重叠图像进行快速配准,应用渐入渐出融合算法消除拼缝,实现无缝大视场拼接.并将整套算法在以TMS320DM642为核心处理器的平台上实现,得以构成一个小型化视频拼接系统.实验结果表明,该系统可以自动地对存在一定重叠和旋转的两幅768×494分辨率、25帧/秒的视频图像进行拼接,获得无缝、清晰的大视场视频图像,满足系统实时性的要求.

提出一种基于DuaI-Ported RAM(DPRAM)的凹球面网栅激光直写实时控制方法.采用计算机与PMAC双CPU主从并行、双向通讯和即存即取的控制方法,开发了多层嵌套并行工作程序,使计算机与PMAC实时处理、交换、显示大量控制参数和状态信息,实现了实时控制激光直写凹球面网栅.在口径200 mm、半径150 mm的涂覆感光胶玻璃凹球面基底上,激光直写出了100 μm周期网栅.微米级读数显微镜测量结果表明,网栅均匀,周期误差小于±3%,达到设计要求.

提出了一种利用激光激发声表面波,通过气体吸附性薄膜对被测气体进行检测的传感原理.激光在覆有选择性气体吸附膜的铝块表面激发出声表面波,后者沿铝块表面传播.在吸附性薄膜与被测气体发生反应后,声表面波的强度被改变;然后利用PMT(光电倍增管),通过单芯光纤耦合的反射式光束偏转法探测由半导体激光器发出的探测光束,所检测的光强的变化反映了被检测气体的浓度,从而实现被测气体的浓度测量.

提出了一种实现结构故障定位和故障实时监测的新方法.该方法利用光纤光栅传感网络测量结构应变,得到结构的挠度矩阵,分析故障前后挠度矩阵变化,计算得出故障定位向量,进而确定损伤区域,实现了结构故障准确定位和健康状况实时监测.实验结果表明,上述方法大大提高了故障定位的准确度和实时性.

在对非球面加工过程中常用检测方法的优缺点进行比较的基础上,介绍了Ronchi光栅法的系统组成、工作原理和数据处理方法,并进行了光栅频率和灵敏度分析.通过对Ronchi光栅的频率、灵敏度的分析比较,发现可以通过改变其频率来实现大口径非球面不同加工阶段2～200 μm范围内的误差检测.该方法制作简单,使用方便.它的深入研究,将为大口径非球面精磨和初抛光阶段提供一种有效、可靠的定量检测手段.

提出并实现了基于实时预测轨迹修正的单检测型复合轴控制方法.利用一个目标探测与处理系统即可同时实现粗、精跟踪闭环.在目标提取困难时可有效提高跟踪可靠性,降低了光电跟踪设备对探测器的探测能力的苛刻要求及高度依赖性,同时,降低了粗精跟踪控制器带宽匹配的要求.本文在对比一般单检测型复合轴控制方法的基础上给出了实时轨迹修正单检测型复合轴控制方法的原理,速度修正所使用的预测滤波方法,以及跟踪实验结果.实验结果表明了该方法的有效性和可靠性.

本文提出了一种基于图像多特征信息融合的粒子滤波跟踪算法.该算法利用颜色柱状图描述运动目标颜色分布信息,帧间差的梯度图像描述目标运动信息,并在柱状图框架下给出了运动目标颜色和运动似然模型,保证了颜色和运动似然模型在尺度上的统一.由于图像多特征提供了运动目标多方面的测量信息,从而提高了算法的可靠性.试验表明该算法在使用相同粒子数目的情况下较采用单一颜色特征的粒子滤波跟踪算法效果好.

针对可叠加零均值高斯白噪声的非线性滤波,利用无迹变换,推导出理论上的误差性能下界Cramét-Rao Low Bound(CRLB).在利用光电信号对目标进行纯方位角跟踪中,提出一种次优的非线性滤波算法--距离参数化无迹卡尔曼滤波(RPUKF).仿真中将其和距离参数化扩展卡尔曼滤波(RPEKF)的性能曲线以及理论性能下界做了比较.结果表明,两种次优算法的曲线逐渐逼近理论下界,且PRUKF性能更优.

运动人体识别算法由人体目标提取、头部定位、肢体分割和人体建模四部分组成.文中阐述了算法的基本原理,分析了影响算法速度的主要函数和原因.分析发现人体目标提取和肢体分割模块占用了算法时间的96%.傅里叶变换和移动向量计算成为影响肢体分割算法速度的"瓶颈",而中值滤波和形态学滤波则是影响人体目标提取算法速度的"瓶颈"因素.针对TMS320C6000DSP体系结构特点,提出了算法优化策略.通过合理配置编译器优化选项、采用内联函数、分解多层循环、指定存储器相关性,以及合理选用标准库函数的方法对算法进行了优化.实验结果表明,优化后的算法执行速度大大提高.

在利用人脸分形码距离进行识别时,需要大量的时间对人脸库中每张人脸图像进行迭代与距离运算.为克服这一缺点,本文提出了用水平方向高频子带来定位眼睛并将其从人脸中抽取出来,进一步提出了基于人眼分形码距离的人脸快速识别算法.利用该算法,可去掉大部分人眼分形码距离较大的图像,从识别时间复杂性分析,本文算法所需时间主要与人眼大小以及用于最后识别的图像数目有关.在ORL和YALE两个人脸库上的实验结果表明,与本征脸方法和直接利用人脸分形码距离方法比较,在用于最后识别的图像数目占人脸库中人脸总数的20%左右时,本文算法可使平均识别率保持在约90%,与其它方法基本持平.

在实际的人耳识别系统中,人耳的准确定位是影响识别率的一个重要因素.根据外耳及其所在位置的特征,提出了一种从侧脸图像上准确定位并提取出人耳的新方法.该方法首先对侧脸图像进行阈值化和差分处理,然后将外耳边缘轮廓分为3个区域,利用阈值图像和差分图像以及3个区域的不同走向分别跟踪得到整个外耳轮廓线,并从侧脸图像中提取出外耳图像.该方法运算量小,定位精确,得出的外耳轮廓图像清晰完整无任何干扰,而且定位成功率高.

针对实时视频中的运动人体目标,提出一种基于人脸肤色和特征的快速人脸检测和跟踪方法.首先运用帧差法和形状信息检测出视频中的运动人体目标;然后在YCbVCr色彩空间中,根据肤色的色度聚类特性建立Gaussian模型,分割出肤色区域,去除噪声后,结合人脸的几何特征和器官独有的颜色特征滤除非人脸肤色区域,准确定位人脸在图像中的位置;利用控制策略驱动摄像机,根据人脸信息使人的头肩部位始终处于视频图像的中心,从而实现运动跟踪.为了增强系统对光线变化的适应性,提出了适当的Gaussian模型参数更新策略.实验结果表明,该算法能够适应复杂背景下的人脸检测,具有速度快、准确率高、鲁棒性好的特点,实现了运动人脸的可靠跟踪.

提出一种将肤色分割与灰度图像对称变换相结合的有效的人脸特征定位方法.为降低背景和人脸姿态的影响,在传统人脸肤色分割基础上,利用Blob分析及椭圆拟和方法判断并剔除无效区域,并将待选人脸区域初步校正为竖直;直接利用色度信息在待选人脸区域中分割并检测嘴唇;接着,采用灰度图像的对称变换检测双眼的待选位置;以嘴唇和待选双眼的位置为依据,提出了基于人脸几何模型知识的双眼匹配代价函数并利用组合优化方法检测真实双眼;最后,对人脸上其它器官的进行精确定位.实验结果表明,该方法对于头发遮挡、大倾斜角以及眼镜干扰具有较强的鲁棒性.

提出了采用人工晶体(IOL)屈光度计算公式与光线追迹相结合的方法来预算准分子激光近视屈光矫正术后白内障术眼所需植入人工晶体(单焦点后房型)的屈光度.首先利用SRK-T计算公式根据角膜屈光术前的角膜测量参数确定人工晶体的植入位置,然后利用术后的角膜切削区光学参数,通过光线追迹的方法给出所需植入人工晶体的屈光度值.以Hwey-Lan Liou眼模型的角膜光学参数为基础,取眼轴长度为27 mm,当近视屈光矫正度从3D到9D变化时,所需植入的人工晶体屈光度从16.99D增大到25.98D,表征该计算方法误差的Do与DN差值从0.12D增大到0.63D,均值为0.36D,与Jaime Aramberri计算法所获得的临床数据结果0.43D相当.该计算方法简单,准确.

针对中医舌诊现代化中使用彩色或灰度图像进行舌纹分析困难的问题,采用高光谱成像系统代替数码相机进行舌图像采集,并提出基于Gabor滤波器的舌纹分析算法.这一算法充分利用高光谱舌图像图、谱两方面的信息进行舌纹分析,并根据特征向量之间归一化的距离对部分典型舌纹进行初步分类.在对474例具有典型舌纹的高光谱舌图像的分类中,除了在来蛇纹与去蛇纹、四直纹与曲虫纹、太阳纹和龟纹、左右撇纹和锯齿纹之间有一定的误分外,整体具有较好的分类精度.这些分类结果表明,基于高光谱图像的舌纹分析方法明显优于基于灰度图像的舌纹分析方法.

利用偏心高斯光束相干叠加的方法,建立了柱坐标系下环状光束的新模型.从广义衍射积分理论出发,经过大量数值计算分析,详细研究了环状光束通过球差透镜的聚焦特性,定量分析了环状光束的阶数L,M、偏心高斯光束的束腰宽度w0以及球差系数C4对聚焦光场实际焦点(轴上最大光强)位置以及轴上最大光强的影响.研究结果表明,本文提出的模型可统-描述基模高斯光束和环状光束.在透镜焦距和入射光束波长一定的情况下,环状光束通过球差透镜的聚焦特性不仅与透镜的球差系数C4有关,而且还与环状光束的阶数L,M以及偏心高斯光束的束腰宽度w0有关.

提出了一种光笔式单摄像机三维坐标视觉测量系统,系统主要由一支光笔、一架摄像机、一台笔记本电脑组成.光笔是一种手持式触发测头,在笔休上装有三个与球形笔尖测头中心成一条直线的点光源(发光二极管).测量时使笔尖测头接触被测物体表面,摄像机摄取笔体上三个发光二极管的像,由三个发光二极管的像面坐标就可计算出被测点的三维坐标.运用三点透视原理(P3P)建立了系统的数学模型并推导出了被测点坐标的求解公式.在三坐标测量机上做对比实验,实验测试结果表明,该系统达到了大尺寸现场测量要求的精度.

该丈研究了基于Kalman滤波理论的渐消记忆最小二乘法在图像背景重建中的应用,并将它应用在复杂背景的图像序列中,实现对运动目标的自动检测.首先用渐消记忆最小二乘法对复杂背景进行预测和更新,然后把当前帧与预测的背景模板做差分运算,最后采用自适应阈值分割技术实现对目标的自动分割.文中通过对序列图像的仿真,讨论了最小二乘法的存在问题,改进及适用情况,干扰的消除.试验结果表明,该方法具有很强的实用性.

针对基于结构照明的三维面形测量中的位相展开问题,提出了基于复Morlet小波分析的直接从条纹中提取自然相位的算法,并对其进行了理论分析、计算机模拟和实验,研究证明了可行性.该方法从一幅条纹图像中不需要进行相位展开就能够得到准确的相位分布方法,并且避免了传统相位方法所必须的复杂相位展开过程.当待测物体变化率比较大的时候,用传统傅里叶方法恢复得到的误差是-3～3 rad,而采用本文方法得到的误差是-2.5～0.5 rad,且对于顶部平坦部分基本没什么误差.对比分析表明,本文方法的精度要高于传统傅里叶方法.

研制了一种基于CCD成像和数字图像处理技术的宽幅胶片弊病在线检测系统.在红外光源提供均匀照明的条件下,采用两台高分辨率线阵CCD摄像机对运转速度为90 m/min、宽幅为1300 mm的胶片实时成像,利用简化了的平滑去噪和边缘检测算法进行处理,并通过双阈值判据及时发现弊病,保存弊病位置信息和弊病图像.系统检测能力为横向80 μm,纵向500 μm,能够检测出各种典型的弊病.

提出了一种用于动态研究的新方法-孔径径向扫描白光散斑干涉法,介绍了两孔和直三孔径向扫描器.该方法是一种非接触式的用于动态测量的白光散斑法.分析了孔径径向扫描白光散斑干涉法的基本原理,给出了白光散斑全场滤波分析的平均光强解析式和实验结果.该方法的优点是利用散斑的调频技术能在一张白光散斑图上记录物体的连续动态变形的信息,在全场滤波分时,能将物体动态变形的信息方便地提取出来,得到清晰的全场白光散斑条纹图.直三孔径向扫描法能得到物体在x方向、y方向和45°方向上的变形信息.在实时全场滤波分析观察时,将滤波孔连续地沿径向扫描,可观察到物体连续动态变形的全过程,从而为物体的动态研究提供了一种新方法.

本文首先对宽覆盖面阵测绘相机的组成和工作原理进行介绍.针对这种相机的特殊性,提出了对相机内方位元素的标定方法.通过对所研制相机参数的测量,利用偏最小二乘回归理论方法标定出了相机的内方位元素.并通过对标定结果的分析,验证了标定方法的正确性以及精度的可靠性.

基于级联码对光通信系统中级联码特性和ITU-T G.975.1中两种超强前向纠错(SFEC)码型进行分析和研究后,提出了一种新颖的RS(255,239)+BCH(1023,963)级联码型.仿真表明,该码型与ITU-T G.975.1中RS(255,239)+CSOC(k0/n0=6/7,J=8)码相比较,具有更低的冗余度和更好的纠错性能,并且在经过三次迭代且误码率(BER)为10-12时其净编码增益(NCG)比ITU-T G.975.1中RS(255,239)+CSOC(k0/n0=6/7,J=8)码和BCH(3860,3824)+BCH(2040,1930)码要分别大0.60 dB和0.57 dB.因而,它更适用于超长距离、超大容量和超高速的光通信系统中,并可以作为SFEC码的一种候选码型.

p圈法是抗毁性网状WDM光网络中一种十分优秀的保护算法,在p圈配置到网状光网络的过程中,圈构造算法是设计的第一步.文中提出了一种快速圈挖掘算法(FCMA),本算法基于k-最短路由算法构造最小p图,通过圈扩展算法获得更多性能优良圈,文中给了启发式算法的具体步骤.通过计算机仿真表明,该算法实现快速圈构造,性能优于其它同类算法,适合网状光网络中的p圈快速构造.