为解决基于单张图像的传统无人机对地定位方法的精度不能满足精确打击作战需求的问题,本文提出一种新的无人机对地定位方法.该方法通过线性化共线条件方程建立摄像机姿态角和焦距迭代计算模型,根据非共线位置拍摄的多帧图像及至少3个可识别同名像点坐标迭代计算摄像机姿态角和焦距的精确值,然后利用多摄站前方交会法求取地面目标的三维坐标.该方法不依赖于数字高程模型(DEM)及像片内外方位元素的测量值,消除了传统无人机对地定位方法三个定位误差源中的两个,因此具有较高的定位精度.仿真与真实图像实验计算表明:摄站本身坐标误差的大小是决定对地定位精度的主要因素,当采用DGPS定位摄站时,可以获得很高的目标定位精度.

电场分布是影响集成电光器件特性的主要因素.本文研究了有限尺寸平行电极的电场分布,得到了其电荷分布密度、电容、电场强度的数学解析式,并分析了边缘电场效应,在此基础上得到了在集成电光器件中相邻光通道互不干扰所需的平行电极对的间隔距离.最后以单晶1×4光开关为例给出了当电极板长度为5mm、宽度为2mm、电极板间距为2mm时,离开电极板边缘3mm处的电场强度就已经降到电极板中心处的5%左右,引起的信道串扰约为0.25%,可忽略不计.

基于多脉冲位置调制(MPPM)在无背景噪声下的信道模型,根据信息理论,推导了有保护时段的光MPPM信道容量的表达式,在此基础上又推出了MPPM的信息传输速率和容量能量效率的表达式.分析并比较了MPPM和PPM的信道容量、信息传输速率以及信道容量能量效率.仿真结果表明,在对光脉冲功率、系统带宽倒数、单个脉冲所含光子教等参数进行适当的选取以后,MPPM在信道容量方面的特性优于PPM.

为了提高图像质量和码率控制精度,提出了一种H.264优化比特分配及码率控制算法.该算法首先基于Cauchy分布得出简化的宏块层码率模型,并引入复杂度系数MAD和头信息比特率,使码率模型可随视频内容复杂伸缩;同时采用线性模型对失真度进行预测,通过Lagrange率失真优化来选择每个宏块的量化参数,最小化整帧的失真度以实现宏块层的优化比特分配.实验结果表明,该算法能在降低比特数估计偏差、更好地跟踪目标码率的情况下,获得更好的PSNR性能.

本文研究了以太无源光网络(EPON)的动态带宽算法,提出了基于轮询-呼叫方式的优化DBA算法.本文以合理地利用和分配带宽,确保系统得到QoS保证为目标,对上行通道剩余带宽的利用提出了相应的优化方法和调度机制,并进行了性能分析和比较.同时在研究了人们往往容易忽略的ONU的退出和启动基础上,进一步对EPON运行过程中ONU的接入和退出时带宽的利用进行了优化,并提出了解决方案.

形态学颗粒分析是一种有效的颗粒纹理图像分割方法,但由于单一的颗粒度参数,使得其难以分割如颗粒度相同而空间排列不同的纹理图像,为此提出了一种基于双参数颗粒分析的纹理图像分割方法,该方法将传统的颗粒分析从单一参数扩展到以颗粒度和空间位置为参数的二维空间,使得扩展后的颗粒分析通过分布函数不仅能够提取纹理的颗粒度特征,而且能够获取纹理的空间排列特征,克服了传统颗粒分析难以区分颗粒度相同而空间排列不同纹理区域的问题.仿真实验表明,该方法在运算复杂度增加不大的情况下,纹理分割效果优于颗粒分析法,区域像素错分率低于颗粒分析法和Gabor滤波器法.

本文提出了一种适用于彩色图像分割的遗传模糊C均值聚类(GAFCM)算法.该算法使用Ohta等人提出的彩色特征集中的第一个分量作为图像像素的一维特征向量,并利用由像素空间到特征空间的映射来改进目标函数,从而大大降低了运算量;使用对特征空间结构没有特殊要求的特征距离代替欧氏距离,从而克服了特征空间结构对聚类结果的影响;使用引入FCM优化的遗传算法来搜索最优解,从而提高了搜索速度.实验表明,该算法不但能很好地分割彩色图像,而且具有运算量小、收敛速度快的优点.

针对一类特殊小波变换系数不同尺度下的过零点能提供在不同尺度下信号急速变化点的位置信息,提出了一种基于小波变换的多尺度过零点的双目立体视觉模型的同名点匹配方法,该方法采用由粗到细的匹配策略,利用转化的距离信息先匹配大尺度的小波变换系数的过零点,记录其过零点位置信息,然后应用顺序约束,即物体在左右影像点的投影顺序的一致性,匹配小尺度的小波变换系数的过零点,降低了同名点匹配搜索的复杂性,减少了误匹配,解决了同名点准确匹配难、计算量大等问题.采用该方法对篦冷机内水泥熟料高度进行测量,实验表明该方法能较精确的得出水泥熟料料层的分布状况.

边缘表现为图像中具有奇异性点的集合,利用改进的拉普拉斯金字塔分解捕获这些奇异性点,得到各尺度下的带通图像,通过分析,得出分解后的带通图像在边缘处产生零交叉点,构造统计量帮助提取零交叉点,再通过多尺度边缘融合实现多尺度边缘提取.与LOG和Canny边缘检测的对比实验表明,所建立的算法能够可靠、有效、精确的获得图像的边缘.

谐振常常造成伺服系统不稳定,影响其控制性能.首先建立光电控制系统的动力学方程,分析了谐振和反谐振产生的原因.伺服系统同样也受到反谐振的影响,并且反谐振出现在谐振之前.由于间隙和摩擦的影响,谐振往往会随之变化,很难用固定的陷波器去补偿.提出一种负载加速度反馈控制算法减小谐振的影响,由此形成三闭环控制模式.根据提出的加速度反馈算法3条准则设计加速度控制器,采用此控制方法速度闭环带宽提高了5Hz左右,谐振峰减小了15dB.并且200Hz以后的谐振迅速衰减,提高了系统的稳定性.

常用的微分边缘检测算法往往无法设立合适的阈值将影像中梯度较小的模糊边缘检测出来.针对这一点,疚奶岢隽肆街纸饩龅姆椒?将图像方差标准化,拉大模糊边缘处的梯度值,或者通过设置sigmoid函数,将像素点所在区域的信息传递到梯度值中去,对梯度值进行调整,这样就能够设定合适的阈值,有效地将模糊边缘提取出来.本文将这两种算法和常用的一些微分边缘检测算法比如Sobel、LOG算法进行了比较.试验表明,这两种方法都能够有效地提取出模糊边缘.

针对高光谱图像中小目标检测问题,提出了一种基于约束能量最小化(Constrained Energy Minimization,CEM)的目标检测算法.该算法首先对原始图像进行背景信息抑制从而抑制背景地物、突出低概率的小目标,用迭代误差分析的自动端元提取算法找出目标的端元光谱,然后把目标端元光谱代入CEM滤波器得到该目标的检测结果图.用高光谱数据进行了实验研究,并与CEM滤波器进行了比较.结果表明,其检测性能与直接采用CEM方法的检测性能相当,但是相对于CEM方法,该算法不需要目标的先验光谱信息,更具有实用性.

颗粒的动态散射光信号具有分形特征,通过对其分析可获取颗粒粒径的信息.本文研究了颗粒动态散射光的波动及其分形特征的提取,并通过对颗粒平移扩散系数的分析,研究了温度对动态散射光分形维数的影响.采用粒径为60nm、90nm、200m、300nm、450m的标准聚苯乙烯颗粒进行了实测,分别求取了不同温度下颗粒动态散射光信号的分形维数.实验结果表明,当颗粒粒径相同时,温度越高,分形维数越大;当温度相同时,粒径越小,分形维数越大.

利用开环正弦波调制解调方法,推导了铌酸锂相位调制器的残余强度调制(简称RIM)对干涉型光纤陀螺(简称IFOG)信号的影响,指出在调制频率漂移或光纤环渡越时间变化时RIM可导致陀螺的零偏和噪声增大.对典型条件的计算表明,0.01°/h的IFOG容许的最大RIM为13ppm,0.1°/h的中低精度IFOG则为81ppm.提出利用锁相放大器精确测量相位调制器RIM的方法,并对国产器件进行测量,结果表明,器件RIM指标可在中低精度IFOG中应用.

本文提出了一种基于光杠杆原理非接触式的纳米级微位移测量系统.该系统通过光学方法对微位移量进行放大,光学放大倍数高,该系统的理论分辨率可达4nm,实际测得静态分辨率小于10nm.信号处理采用基于高精度一维PSD的信号探测电路,并且通过设计有效地抑制了噪声和干扰.实验中使用PZT作为被测物的微小位移驱动器,与电容测微仪JDC-Ⅱ所测数据进行了验证比较,系统所测得的数据证明了其正确性和可行性.并且该系统受温度影响小,结构简单,便于使用MEMS技术集成和微型化.

为了提高激光粒度仪测量宽分布范围粒径的能力,根据衍射原理,提出扩大测试动态范围的方法.该方法使用共轴的双透镜,在两个焦平面同时探测信号,将这些信号合成后经数据处理得到粒子尺寸分布.模拟计算表明,使用两个100mm焦距的透镜和两个32环的多元探测器可测量粒径为l～2000μm的颗粒,动态范围为2000∶1.这种方法在不需更换镜头、不改变探测器轴向位置的情况下可以测量较大量程内的粒径分布.

在三维视觉测量中,标定方法对测量结果的影响是决定性的.本文通过分析、比较各种视觉模型及标定方法,采用考虑镜头畸变因素的三维视觉模型以满足高精度测量系统的需求.由于关节式坐标测量机的激光测量头,使用单摄像机和线结构光来匹配被测物体表面的三维数据,本文设计了一种新型的阶梯形标定块,通过标定块图像和激光条纹图像完成了摄像机的内外参数标定和激光平面参数标定.实验证明,该标定操作过程简单,易于实现自动化,且具有较高的标定精度.

提出了利用打靶法模拟双级双程泵浦结构掺铒光纤宽带光源的算法,该算法通过对打靶法的初值校正部分进行改进,加入了阻尼因子与下降因子,并把这两个因子同时应用到初值校正中,从而克服了传统打靶法在铒纤长度较长时校正矩阵奇异造成的算法不收敛的缺点.结合宽带光源的理论模型,给出了算法的实际过程,模拟得到了在光纤最佳长度处的C+L波段输出谱型,并通过实验证实了模拟与实验结果相符合.最后讨论了导致宽带光源输出谱型不是最佳的因素,随着光纤长度增加导致的损耗,以及两端泵浦功率的比值,并给出了在泵浦功率比是最佳和不是最佳两种情况下的实验谱型.

针对传统的IHS变换和Mallat算法在融合多光谱图像和高空间分辨力图像时存在的不足,提出了一种将IHS变换和平稳小波变换相结合的遥感图像融合方法;另外,对多光谱图像和高空间分辨力图像因空间分辨力的不同而带来的融合图像中所存在的虚假轮廓问题,提出在融合过程中先定位虚假轮廓出现的位置,然后加以处理的方法.仿真结果表明,本文算法在光谱失真上小于IHS变换法,克服了Mallat算法存在的方块效应,同时较好的抑制了虚假轮廓.

特征匹配在目标识别、视觉导航、运动分析等立体视觉领域中具有重要的作用.提出了一种基于分层思想的快速边缘匹配方法.主要采取两点匹配策略保证其快速性:一是把分层匹配思想用于边缘匹配中;二是在点的匹配过程中提出了边缘约束.具体包括3步:首先,在第一层匹配每条边缘上梯度变化最大的点,由于数量少,因此匹配速度快且正确率达到100%;然后,在第二层采取区域扩张的方法,从已匹配的少数种子点出发向外扩张搜索,得到所有匹配的边缘;最后,提出边缘约束的方法匹配边缘上的点,将候选匹配点仅限制在几个像素,大大减少了搜索范围且提高了匹配正确率.大量实际景象的匹配结果表明,结合分层思想和边缘约束极大提高了匹配速度,边缘点的匹配正确率高达98%.实验结果给出了立体边缘匹配效果图和三维射影重构图.

为了产生室温下掺镱光纤激光器稳定的多波长激光振荡,采用两个光纤环镜作为线形腔掺镱光纤激光器的端镜,在其中一个环镜中熔接一段保偏光纤构成梳状滤波器,通过优化掺镱光纤长度和腔损耗,实现了室温下1060nm附近稳定的多波长振荡.实验结果表明,在室温下,掺镱光纤存在比较明显的非均匀加宽效应,从而使得激光器的振荡波长数随泵浦功率的增加而增加.

为提高光强调制型表面等离子共振传感器的灵敏度和抗干扰能力,本文提出了一种采用双光束差分光强的SPR检测新方法.通过对该方法的理论计算和数值模拟分析,得到了不同入射角和不同金膜厚度时,反射光强差与样品折射率之间的关系曲线.研究表明,与传统的光强调制方法相比,当两束光入射角相差5°,金膜厚度在40～50 nm时,该方法是有更高的灵敏度和更宽的测量范围,并且由于采用了光强差分技术,大大提高了传感器的抗干扰性和稳定性.

对抽运激光的提取效率是染料激光放大器的重要指标,染料激光放大器的提取效率受到泵浦激光抽运方向的影响.文章从纵向抽运的脉冲染料激光放大器的速率方程推导了抽运光顺向抽运和逆向抽运时放大器提取效率的表达式.采用倍频绿光(532nm)Nd:YAG固体激光器进行了不同方向抽运脉冲染料激光放大器的实验研究.理论计算和实验结果都表明了在纵向抽运的染料激光放大器中,随着放大器级间增益的增加,抽运光提取效率逐渐下降,而且采用逆向抽运方式比采用顺向抽运方式获得的抽运光提取效率要高.

线性渐变滤光片是一种特殊的滤光片,它的中心波长是随着在滤光片上位置的不同而变化的.采用离子束辅助沉积技术研制的线性渐变滤光片在0.4～1.1 μm波段有10通道,平均透射率从77.5%增加到97.4%,在基板的中间任一位置只透过0.4～1.1 μm内的一种特定波长的光.同时讨论了膜厚均匀性对线性渐变滤光片光谱性能的影响,计算表明镀制线性渐变滤光片时,在一定的配置下基片具有最佳的尺寸大小.

详细分析了用于CMOS图像传感器的新型半导体光电器件的工作原理和光电特性,建立解析模型确定由其构成的像素单元的填充系数,优化光电响应特性.由于引入PN注入结,新型光电器件沟道电流同时存在电子电流和空穴电流,提高了器件的响应灵敏度,避免了大的寄生电容,提高了信噪比.

为了解决基于GPS/惯导为主导航系统的无人机在自主着陆过程中,GPS受他国控制和易受干扰的潜在危险问题,提高无人机利用计算机视觉完成全天候自主着陆的实时性,通过对大气窗口及透过率的研究,确定波段为8～12 μm为无人机载视觉系统的对应波段,并由此研究与设计出地面特殊的可控温合作目标.在快速定位着陆点的同时,确定出无人机着陆的方向.对合作目标图像进行预处理和识别后,其所含目标的数目及其识别时间表明,所设计的合作目标很好地提高了无人机自主着陆导引的实时性.

本文设计了一种新型飞行视觉系统方案,由一套视觉组件构建倒装设备中的俯视视觉和视觉对中两个系统.该方案通过一对可调反射镜组,结合固定在工作平台上的一块平面镜,让摄像机在不同时刻分别接收上下两组光线,完成两个视觉系统的任务.应用实验表明,该系统能有效降低设备硬件成本和提高生产效率.

分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与入射辐射、积分时间的关系,指出了实际工程中常用的两点黑体辐射定标校正算法的本质在于利用高低温时不同的响应数据计算增益系数与偏置系数.与此相类似,通过调整积分时间也能得到不同的响应数据,因此提出基于积分时间调整的校正算法,利用不同积分时间下的响应数据计算校正时所需的增益系数与偏置系数.实验结果表明,选择合适的积分时间个数后,新方法校正效果优良,可完全用于工程应用,并可克服黑体定标校正算法的不足.

建立反射式光纤电流互感器R-FOCT(Reflecting Fiber-optic Current Transducer)的教学模型,得到描写模型的差分方程,推导出与之对应的传递函数,仿真系统的频率特性.根据电流传感器的工作特点,提出应用锁定放大器SR830测试R-FOCT频率特性的方法.比较测试数据和仿真结果,结果表明,系统的带宽计算和测量方法是可信的,得到了系统带宽大于6kHz的结论.

本文简要介绍了电晕探测的原理,采用可见光与紫外双光谱探测方法来检测电晕信号的存在并对其进行定位.文中介绍了电晕探测系统紫外对焦控制模块,并阐述了对焦的双闭环控制过程及其软硬件实现方法.分析了对焦控制过程中误差产生的原因,主要包括传动机构的空回及系统的过冲量.通过实验测量得到传动机构的空回和过冲量,将其加入紫外对焦过程的总对焦量.采用上述方法可以减小紫外对焦系统的对焦误差,使紫外相机像面始终处于焦深之内.最后,利用电晕探测系统对高压电厂中的电晕信号进行检测并定位.

为了实现双光子多层数据存储系统的实用化,利用现有DVD高精度聚焦、循迹伺服技术,构建了共焦双光头多层数据读写系统,实现读写焦点在三维存储材料中的精确定位.同时由D/A输出选层信号控制音圈电机,实现了层间跳转,达到了多层读写之目的.本文通过建立光学头的音圈电机模型以及音圈电机控制器模型,实现对共焦双光头多层存储系统的建模与仿真,并给出已有的实验结果.