从辐射度学和光度学基本原理出发,通过对目标光度信号特征和背景以及CCD噪声光信号特征的分析,导出了天基光电望远镜对空间目标的极限星等探测能力的计算公式.根据该公式,分别研究了有光照和无光照条件下的极限星等探测能力.给出了一组典型参数,在无背景光照条件下得到极限探测星等为14.1个星等,并详细研究了极限探测星等随各参数变化的关系.在有背景光照条件下,研究了极限探测星等随太阳角的变化关系.结果证明,几乎只要有太阳光进入,极限探测星等就急剧下降,因此也证明了天基光电望远镜只能在背光条件下或在地影中工作.

为了获得良好的红外目标识别性能,综合应用了图像处理、模式识别和数据融合领域内的新技术.采用了神经网络和证据理论集成的数据融合方法进行目标识别的数据融合.根据LVQ神经网络在目标识别领域内应用特点,构造了基于证据理论的基本概率赋值函数.对此目标识别技术进行了测试,结果表明,采用此技术后的识别的可信度得到了较大提高.

本文提出了一种改进的基于人眼结构特征的虹膜识别方法,基本思想是:首先,通过图像预处理,确定虹膜的位置和大小,将环形虹膜图像展开成矩形并进行归一化与图像增强;其次,利用局部灰度极小值的方法寻找有效虹膜区域内的特征点,依据纹理长度和方向信息去掉伪特征点,得到虹膜二进制编码;最后根据匹配准则进行识别.大量实验表明,该方法识别率高,识别时间短.

针对单样本人脸识别问题,本文提出了一种基于单样本切割的子模块主成分分析方法.该方法将单样本人脸图片切割成大小相同、互不重叠的多个子模块,切割后的子模块集构成新的样本集.对所有子模块作主成分分析(PCA)并提取特征,同一人脸的子模块特征系数作为分类识别的依据.在ORL人脸库上的测试结果表明,同PCA,(PC)2A,Sub-pattern LDA相比,该方法具有更好的识别率.

提出一种具有旋转不变性的三维物体识别的新方法,该方法通过结构光照明的方法,使物体的高度分布以变形条纹的形式编码于二维强度图中,由于条纹图包含有物体的高度分布信息,因此对条纹的相关识别具有本征三维识别的特点.旋转不变性是通过BP神经网络实现的.计算机模拟结果表明,用二维强度像的基频分量做训练样本设计BP神经网络,选择训练样本和隐藏层神经元的数目,基于结构光编码的BP神经网络对三维物体具有良好的旋转不变识别效果.

为了提高非负矩阵分解(NMF)算法对光照、姿态等外部因素的鲁棒性,本文对传统的NMF进行改进,提出了一种改进的NMF方法.首先对NMF基图像进行判别分析,然后选择主要反应类内差异的基图像来构造子空间,最后在子空间上进行识别.通过Havard人脸库和Umist人脸库上的实验,结果表明,该方法能够对光照和姿态的变化具有一定的鲁棒性和较高的识别率,比传统的NMF方法和PCA等子空间分析法识别率提高了20%以上.

精确定位耦合光斑在光纤端面上的位置是空间光与单模光纤耦合技术的关键.提出由压电陶瓷、控制器、驱动器、光电探测器、耦合透镜及反射镜组成闭环控制系统,使用光栅式扫描初步确定最佳耦合位置后再用五点跟踪法结合一维平动精确定位实现自动耦合.推导出扫描所需步长和时间,详细阐述了光栅式扫描和五点跟踪法原理.实验结果表明,该方法可以在较短时间内根据耦合入光纤的光功率大小自动搜寻到最佳位置,获得59.2%的最大耦合效率,能校正由地表震动、气流扰动等低频干扰造成的数值偏差保持较高的耦合效率.

根据光学法布里-珀罗(F-P)腔基本原理,运用单模光纤能量散射模型分析了腔长损耗对非本征F-P腔输出光强度的影响.实验过程中所用的F-P腔由单模光纤端面和弹性硅片组成.实验结果表明,非本征F-P腔输出光强幅度随腔长增大逐渐衰减,其输出特性曲线中不同部分相同周期的线性工作区间却对应不同的测量量程和灵敏度,所以强度型光纤F-P腔传感器初始腔长应基于传感器的性能指标进行选取.

通过对基于空域分析的聚焦评价算子的对比,选择了基于Sobel梯度的Tenengrad函数作为系统的聚焦评价函数,该函数具有聚焦精度高、成像清晰的优点,但计算量大,不适合实时计算.根据DSP的运算特点,对Tenengrad函数进行了改进,提出了x/y向Tenengrad函数概念.通过实验证明,改进后的函数在不损失原函数聚焦精度的情况下,每幅图像的聚焦判据的计算时间减少为25ms,是原来聚焦判据计算时间的1/35,以此作为聚焦评价函数,在TMS320DM642平台上通过对视频驱动、UART驱动的开发,实现了可变焦摄像机的实时自动聚焦.

在铒镱共掺磷酸盐玻璃波导放大器系统的速率方程和传输方程中,考虑上转换效应,并引入描述波导中信号光和泵浦光光场相互作用的重叠因子,以此讨论前后双泵结构与单前泵结构中,Er/Yb共掺比、泵浦光和信号光功率、泵浦光模数等因素对信号光增益的影响,并得到信号光增益光谱和放大自发辐射光光谱.模拟结果表明,与单前向泵浦相比,相同功率条件下,前后双向泵浦中,泵浦功率密度低且均匀分布,上转换效应被有效抑制,1532nm处信号光增益增大约2dB/cm,放大自发辐射光总功率提高.前后双向泵浦同样可以减弱多模泵浦光对增益的负面影响.数值模拟结果与实验值基本一致.

噪声等效温差(NETD)是一个用以标志红外光电系统灵敏度的广泛使用的参数.本文采用三维噪声模型对凝视型红外光电系统噪声进行分析,将系统噪声按时间和空间三维划分为七个噪声分量,提出了一种系统噪声等效温差(NETD)的测量方法.对目标图像进行多帧采集,建立七个与噪声有关的数据集,提取出与系统各噪声相关的分量,用最小二乘法对系统信号传递函数(SiTF)进行拟合.通过实验,研究了系统的积分时间、增益等参数对噪声等效温差的影响.采用此方法对热像仪进行了实验分析,取得了较好的测量效果.并通过不同测量方法间的比较,说明了本文采用方法的正确性.

为提高传统红外成像跟踪算法的性能,克服相关跟踪对"图像灰度一致性"的要求,在分析光流方程和支持向量机基本理论的基础上,提出一种由光流方程引出的基于支持向量机的成像跟踪算法.以机动车的红外图像序列为研究对象,该算法利用支持向量机的分类值替代方差和误差函数,将每帧中分类值最大的位置看作当前帧中目标的位置,从而实现了对目标的跟踪.该算法不仅不要求满足"图像灰度一致性",而且有效地减少了跟踪的累积误差.研究结果表明,与传统相关跟踪算法相比,本文提出的跟踪算法的精度、稳定度和鲁棒性都有所提高.

本文通过对空中飞行目标高温尾焰的流场分布进行研究和对飞行目标尾焰的红外特性进行深入分析,以圆对称尾喷管尾焰的温度分布和各组分压强的分布理论为例,对其红外辐射强度进行了计算.首先,根据不同区域的温度分布公式计算出尾焰的等温线;然后,考虑了谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,利用谱带模型C-G近似法,计算了尾焰各部分的吸收系数.最后,根据前面的计算得到了尾焰的红外辐射分布,建立了较准确的定量分析模型,并给出了仿真结果.

针对SU-8光刻胶应用于三维光子晶体的制作研究,本文提出并实现了对SU-8光刻胶的重要成分SU-8环氧树脂采用柱层析和高压液相色谱-尺寸排阻色谱法进行分离,分离结果表明SU-8环氧树脂分子量分布范围很大,从大约100～100000,包括SU-1、SU-2、SU-4、SU-6、SU-8多种组分及其混合物.采用分离后的SU-8和SU-6纯组分配制了性能优化的SU-8光刻胶,并总结了其最佳光刻工艺,结合干涉光刻技术制作了晶格常数为922nm的三维面心立方光子晶体结构.

本文在光纤耦合理论分析的基础上,采用平面镜反射整形方法对半导体准直光束进行重排,提出了应用于半导体光束整形的整形器结构表达式.针对慢轴发散角较大引起整形次数增加和多次反射易损耗的特点,分析并优化平面镜的结构参数,设计了整形次数为13次的平面整形器,使得半导体激光器快、慢轴方向的光束实现光参数积均衡.通过对整个光学系统的模拟和实验,表明采用该方法能够实现条阵半导体激光耦合进入芯径200μm、数值孔径为0.22的光纤中,耦合效率接近50%.

针对如何提高振镜式激光扫描的扫描精度,特别是当扫描区域较大时的精度问题,文中展开了对振镜式激光扫描时图形畸变原因的分析,并对每一种误差产生的原因提出了校正补偿的办法.综合各种误差补偿办法,建立了一个基于平面坐标变换几何校正算法原理的图形畸变校正模型.此模型校正算法采用VC++6.0编程,应用于快速成形粉末烧结系统,结合激光扫描边长为300cm正方形时的试验数据和畸变特性,对畸变关系式作了进一步的改进.由于此公式反映的是理想点和畸变点的地址映射关系,所以,当激光扫描时,X方向和Y方向上的扫描数据经过此校正模型后都会动态的发生变化,从而保证激光的扫描精度.

在基于LCD再现的计算全息中,由于TFT-LCD固有的像素结构形成一个二维黑栅矩阵,其衍射作用会引入阵列分布的多个像,即黑栅效应,影响再现像的像质.通过理论推导,具体分析了LCD黑栅效应对全息再现像的影响;提出像素分解法,分别模拟理想再现和基于LCD再现的过程,得到相应的数字再现像.并对其进行了比较和分析,给出了分析结果,证实了LCD黑栅效应对再现像的影响.

针对在冲击、爆轰等快变化过程的三维轮廓术中,CCD拍摄速度低于物体的运动速度而导致对动态条纹的时间采样不足和物体表面发生破裂而分成数块的动态过程,提出一种采用标记条纹进行跟踪的动态过程三维轮廓术.以傅里叶变换轮廓术为基础,通过采用标记条纹进行跟踪锁定变形条纹中同级次条纹的变化以及Gerchberg迭代算法在破裂区域迭代生成伪条纹,对破裂表面分块进行处理,有效地解决了在快变化动态过程的三维重建中因时间采样不足和条纹断裂对三维相位场的展开所带来的问题,获得了物体正确的面形分布.实验证实了此种方法的正确性.

提出了一种亚像素数字散斑相关测量计算窗口的选择方法.采用模拟散斑图像,利用亚像素数字散斑相关测量中的相关系数插值法、拟合法及梯度算法原理,研究了计算窗口大小对这三种计算方法的测量精度和计算效率的影响,得出了不同亚像素精度要求下,可选择的计算方法及其最佳计算窗口.研究结果表明,测量精度越高,所需的计算窗口越大,选择合适的计算窗口可以提高测量精度和效率.

为了解决金属防热瓦在连续加热过程中热边温度和发射率的测量问题,在基于辐射测温的参考温度数学模型的连续测量法中采用了一种新的发射率假设模型,并在此基础上提出了多波长数据处理方法.该方法假设材料的光谱发射率在选定的光谱处与温度有近似相同的线性关系,通过处理两个不同温度点处的多光谱测量数据以得到防热瓦真温及光谱发射率.使用多波长高速高温计测量了某种防热瓦在900～1300℃的温度范围内的辐射,并进行了数据处理.实验结果表明,只要温度估计初值与真实情况的误差在±200℃以内,即可得到较好的计算温度值和计算发射率值,测量不确定度在2%以内,说明此方法是测量金属防热瓦表面温度及发射率的可行方法.

深入研究了的光程差与棱镜楔角以及空间变量-入射角三者的关系,并进行了计算机模拟.发现了对方解石构成的双Wollaston棱镜,光程差有较大的变化范围,光程差和入射角的关系有较好的线性的条件是:棱镜楔角在22°附近,入射角在-50°到10°范围内变化.然后对光程差的色散特性进行了分析和计算机模拟,结果表明,双Wollaston棱镜的光程差明显依赖于光波长,根据拟合结果它们的关系可以用三阶多项式来表述.本结果为偏振型空间调制干涉光谱仪的设计和应用提供了理论依据.

采用放置在落弹点区域附近的凝视等待式双目视觉摄像机,高速摄影交汇测量飞行目标的落地参数.根据不同时刻质心的空间三维坐标,用最小二乘法对目标航迹进行拟合,建立了目标三维空间轨迹的多项式函数,对多项式函数求导得到目标的飞行速度.针对回转体类飞行目标的特点,根据其在摄像机像面成像的大小,将目标分为三类,对不同目标采用了不同的姿态测量方案,并对测量的误差来源进行了分析,提出了减小测量误差的方法.实验与理论分析表明,本文采用的速度与姿态测量方法具有精确、稳定等优点.

FY-2扫描辐射计是我国风云二号静止气象卫星的有效载荷之一.本文主要介绍利用辐亮度法对扫描辐射计发射前进行可见光通道室外定标,这种定标方法以辐射标准为基础,通过辐射标准的传递,确立扫描辐射计输入和输出的关系.本文也对定标原理、定标过程以及结果计算分析进行了比较详细的论述,最后也对定标过程提出了一些改进意见.

为了精确地描述激光外差干涉在高加速度超精密测量中加速度对位移测量精度的影响机理与规律,建立了高加速度超精密激光外差干涉位移测量模型.通过分析测量棱镜三维运动对多普勒频移的影响,推导出高加速度激光外差干涉位移测量模型.理论分析和仿真实验表明,当测量加速度为9m/s2,匀加速运行的位移为500mm时,由于加速度变化引起的相对论性效应对测量精度的影响为5nm.高加速度超精密激光外差干涉位移测量模型的建立,可提高激光外差干涉在高加速度超精密测量中的测量精度,为激光外差干涉在高速和超高速测量领域的应用提供了理论依据.

针对X射线心血管造影图像的后处理问题,本文提出一种采用两个近似正交的单面X射线造影图像序列对冠状动脉的三维形状和运动参数进行定量测量的方法.该方法首先采用snake技术从两个角度的图像中重建出各时刻的三维血管轴线.根据三维重建和二维提取的结果,完成对血管形状参数(如长度和腔径)的测量.然后将血管运动场的估计转化为对相邻时刻间血管分支轴线的逐点匹配,并获得位移幅值和运动轨迹等重要参数.最后分别采用模型的X射线图像、计算机模拟数据和临床图像对该方法进行了验证.实验结果表明,该方法是可行的.

针对多视点图像系统中视点图像颜色不一致的问题,提出了基于规正参数调节的多视点图像规正算法.基于像素均值和直方图均值对图像的动态范围进行分割,在参考图像和需规正图像的动态区间内建立映射关系,并扩展到lαβ去相关颜色空间来求取规正系数,最后进行规正操作和全局亮度恢复.与传统的单视点颜色校正算法相比,本文的规正算法在保持图像视觉效果的同时,能将图像规正到与参考图像颜色基本一致的水平,并且校正图像的均方根误差明显小于无校正图像.

介绍了一种基于三角形几何相似性的图像配准方法.提取两幅待拼接图像的特征点,将每幅图像各自的重叠区域内或图像内容复杂情况下的选定区域内的特征点任意组合为三角形,得到分别对应于每一幅图像的三角形集合.然后根据定义的新的三角形表示方法,包括最大角方向和最小角方向,在两组三角形集合内层层筛选任意组合的三角形对,最终找到其中的匹配三角形对,即相似三角形对,从而找到匹配的点对.最后计算图像间变换矩阵,对图像进行拼接,得到了一张具有更宽视野的无缝拼接图.该方法只与特征点间相互几何位置有关,所以对两幅图像间的灰度差异、任意的旋转、缩放等都表现了很强的鲁棒性.

针对多聚焦图像融合,在小波变换基础上提出了一种多策略的融合方法.图像小波变换后的低频分量采用基于清晰度的方法,清晰度评价函数选用八邻域拉普拉斯算子和;而高频分量采用基于空间频率的方法,并且只计算与高频方向相一致的空间频率,减小了计算量.融合效果评价除使用传统方法的熵、交叉熵外,还使用了基于三个方向(水平、垂直和对角)的空间频率和通用的主观与客观相结合的新方法.实验结果表明,本文方法得到的融合图像效果最好,优于文中的其它算法,同时本文使用的评价方法也是适用和有效的.

由于图像的低层可视特征与高层语义内容之间存在巨大的语义鸿沟,而基于内容的图像分类和检索准确性极大依赖低层可视特征的描述,本文提出了一种基于多超平面支持向量机的图像语义分类方法.多超平面分类器从优化问题的复杂度和运行泛化能力两方面进行研究,是最优分离超平面分类器一种显而易见的扩展.实验结果表明,本文提出的方法在图像语义分类的准确性方面要优于诸如采用色彩特征和纹理特征的支持向量机分类器的其它方法.