在多台电视经纬仪组成的测量网络中,为了提高目标的捕获、跟踪能力,减少交会模型切换带来的引导数据的波动,提出一种基于最小二乘估计的多站交会方法。该方法根据电视经纬仪实时跟踪被测目标时的几何关系,利用电视经纬仪的站点位置和实时获得的目标测角信息,对于每台电视经纬仪都构造两个垂直相交于其测量方向线的平面,再用最小二乘原理估计被测目标的空间坐标。在两台电视经纬仪实时交会时,异面交会法是该方法的特例,于是证明该方法是有效的。仿真试验结果表明,与异面交会法相比,此方法产生的引导数据平滑、无波动,二者的定位误差均小于0.18m,能满足电视经纬仪多站交会定位的要求。

提出了一种模仿人类视觉机制的区域-细节的图像分割算法。首先提取图像边缘,然后将边缘分段切割,得到端点集合,然后从端点集合生成Delaunay三角形网络,以Delaunay三角形为顶点,相邻三角形的属性差异作为边的权重,构造图;以基于图的分割算法生成最小生成树,划分区域。最后用Snake模型精确确定区域边界,生成准确的区域边缘。实验证明,这种区域分割和边缘检测相结合的方法能准确地分割非纹理图像,较好地克服了块现象和非连续边界,相比单一区域分割或者边缘检测方法有更好的分割结果,并且计算速度比较快。

针对内窥镜图像由于照明等原因而造成的亮度不均匀、局部对比度较低的问题,本文提出一种基于小波变换的同态滤波算法对内窥镜图像进行对比度增强。分析了照明反射模型的基本原理及可用于消除光照不均的同态滤波方法,采用快速小波变换代替传统傅里叶变换,在变换域中对小波系数进行非线性增强,对不同尺度上的小波系数进行不同程度的增强。实验结果表明,该方法可以有效消除由光照不均匀引起的图像亮度不均匀,增强图像对比度的同时不改变图像的原始面貌,其效果优于传统的同态滤波方法。

本文对C-V主动轮廓模型进行改进。依据曲线演化理论对C-V模型中的图像数据力驱动项进行简化,提出一种常微分方程(ODE)类型的模型。理论分析验证了该模型的水平集函数可初始化为零。与传统C-V模型相比,不但具有其特点,如可以自动检测带孔目标的内轮廓等,而且具有以下优点:抗噪性能较优;水平集函数无需重新初始化,可快速计算出全局最优分割;远离轮廓的边界可以被准确检测;时间迭代步长不受限制。对合成和真实图像的分割结果证明了本文模型具有稳健、快速的优点。

图像边缘特征提取是视频跟踪和目标提取的关键步骤,其性能和处理时间直接影响了后续图像处理的性能及视觉系统的整体响应时间。本文研究了一种基于人眼固视微动的实时图像边缘提取算法,针对算法具有边缘识别能力强,但运算量大的特点。通过采用并行处理结构及流水线技术在FPGA内实现了该算法,试验结果说明该算法在FPGA内实现具有与视频流同步的实时性,并且边缘提取的效果很好。在图像目标实时跟踪系统中应用,极大提高了目标的跟踪精度和稳定性。

为分析并避免参考零点误差对凹球面光刻恒定曝光量控制算法的影响,建立了零点误差与扫描线速度、扫描弧长关系的数学模型并给出了关系曲线。分析得出:参考零点俯仰定位误差会造成部分线条宽于理想值,其余线条窄于理想值,且线宽呈单调变化;参考零点水平定位误差会造成实际扫描弧长短于或长于所需值,造成凹球面部分边缘无线条以致网栅缺失。凹球面网栅光刻设备俯仰轴和方位轴采用光电轴角编码器作为反馈元件,采取速度、位置双闭环控制,实现了参考零点的精确定位,确保了恒定的扫描线速度和精确的扫描弧长,制作出了合格的凹球面网栅。

针对高精度转台在低速运行时,由于摩擦力矩的作用,跟踪精度会受到很大的影响的实际情况,本文提出将Stribeck摩擦力矩模型应用于高精度转台系统,并设计控制器,可以在线的对摩擦力矩进行辨识和补偿。该方法根据摩擦力矩模型的特点,采用前馈+积分反馈设计控制器。并采用Lyapunov函数和拉萨尔一般不变性原理分析了系统的稳定性,证明在一定的条件下,可以实现渐进稳定跟踪。实验结果表明,控制器对非线性摩擦力矩具有补偿作用。

针对在红外图像序列中检测小目标的问题,本文提出了一种新型的单帧检测算法,该算法包括了两个部分:基于小目标孤立度的背景抑制和一种基于目标信杂比的自适应阈值分割。其中,小目标孤立度为本文提出的一种衡量像素属于待检测小目标的量度,与传统方法中把小目标视作图像中高频或者局部突出的思想不同,该量度着重考察目标的"孤立"的特性。实验结果显示,该算法的背景抑制效果明显,尤其对运用传统算法容易发生抑制不充分的建筑物边缘的有很好的抑制能力,与自适应阈值算法结合后的单帧目标检测也取得了满意的检测效果。

喷嘴的结构和造型决定了冲击射流的动力特性和壁面流动特性,对抛光效果有很大影响。本文提出采用锥柱型喷嘴进行射流抛光能获得较好的射流特性。分析了射流抛光过程对射流特性的要求,提出了射流抛光喷嘴的设计原则,研究了不同几何造型喷嘴的射流特性,对射流喷嘴的不同结构和几何参数对射流特性的影响进行了仿真,模拟结果表明收缩角为13°、长径比为4的锥柱型喷嘴,其射流出口断面流速分布均匀、紊动强度低和磨粒浓度分布均匀,最适合应用于射流抛光。

针对刻划光栅因周期误差和刻线的不平整所带来的鬼线和杂散光的不足和缺陷,提出了基于MEMS闪耀光栅的波分复用器的构成方法,介绍了基于MEMS闪耀光栅的波分复用器的基本组成,介绍了MEMS闪耀光栅的工艺实现以及提高其衍射效率的方案。在LabVIEW中对MEMS闪耀光栅进行了数值仿真分析,同时在ZEMAX中对波分复用器进行了光线追迹,其结果证明了MEMS闪耀光栅应用于波分复用器中的可行性。

针对编码器日趋小型化的技术要求,本文提出一种全新的编码方式和独特的读数头设计结构,成功研制出了超小型准绝对式编码器。该新型编码器采用准绝对式编码方式,即距离编码与增量式编码进行组合编码,只用两圈码道进行编码,极大减少码道数量,整周设多个绝对参考位置,可迅速获得绝对位置信息。采用单读数头结构和相位补偿技术,缩小结构尺寸,直径Φ25mm,经过电子学细分后可到达16位的分辨力,从而实现高精度编码器小型化。

在太阳自适应光学系统中,通常采用绝对差分或者互相关因子算法进行哈特曼波前探测。本文给出了一种基于绝对差分算法的相关HS(Hartmann-Shack)波前处理机的设计结果。针对子孔径阵列呈6×6方形排布,单个子孔径大小为32pixels×32pixels,参考模板大小为16pixels×16pixels的相关HS波前传感器,采用绝对差分算法在单片FPGA内实现了对波前的实时处理。实验结果表明,该处理机峰值运算量超过230亿次/s,系统延时120μs,能够满足1000Hz的CCD采样要求。本设计在单片FPGA内实现,具有成本低、易维护、集成度高的特点。

利用在轨目标、观测卫星、地球、太阳以及月球之间的几何关系,综合考虑地球遮挡与地光条件、地影条件、日光条件与月光条件,本文推导出目标对于观测卫星的光学可见性判断模型,并建立了天基光学观测可见性预报方法。仿真实验结果表明,地球遮挡与地光条件是影响天基空间目标光学可见的最主要因素;在可见时间方面,天基空间目标光学监视系统对低轨目标的监视能力有限,而对高轨目标具有良好的监视性能。

为实现船载光测设备的经常化检查校准,针对影响天文标校工作成败的诸关键要素,在理论分析的基础上进行了试验研究。首先对天文标校方法硬件原理、软件组成、工作流程进行介绍,然后重点对设备误差分离算法进行分析,首次提出了基于奇异值分解的误差方程解算方法,最后给出了试验研究的一组典型数据。标校试验结果表明:该标校方法可以实现8项单项误差的成功分离,关键项多次标校数据重复性小于等于±1″,使设备实际测角精度提高1倍,并优于常规标校的设备精度。

针对空间外差光谱技术(SHS)仿真研究,本文介绍了不同特征光谱光源的仿真计算。根据空间外差光谱仪的基本原理和系统结构特点,以及SHS系统参数与光谱干涉的调制关系,分别对单色光谱、连续光谱进行了理论仿真探讨,并且分析了不同带宽和采样间隔对仿真结果的影响。此外,采用空间外差光谱仪实验台装置获取实测数据,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明理论仿真数据和实测数据能够很好的吻合,能够为实际工作提供有益的参考,同时为SHS系统的设计和改造提供必要的依据。

环境温度对星敏感器测量精度有一定影响。运用光机结合方法,研究环境温度对星敏感器测量精度的影响。在计算典型星敏感器光学系统热效应引起的结构参数变化的基础上,分析了星敏感器星点定位误差。计算结果表明:在视场角0°附近,环境温度变化对星点定位精度影响较小;通过材料匹配,减小系统温度焦移系数,可以减小环境温度变化引起的星点定位误差。热补偿设计后,在环境温度-20～60℃范围内,星敏感器最大测量误差仅为0.02″,约为原系统的1/7。

采用脉冲真空电弧沉积(PVAD)技术制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对其抗激光损伤特性进行了研究,优化了制备工艺。对DLC薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测试结果表明,随着厚度的增加,薄膜的LIDT开始呈下降趋势,当厚度达到100nm以上时,则趋于一个稳定值。正交实验结果的处理和分析表明,在所给定的工艺参数范围内,主回路电压是影响DLC膜抗激光损伤性能的最主要因素,基片温度、清洗时间和脉冲频率则影响较小。为得到较好的抗激光损伤能力,采用PVAD技术制备DLC薄膜的最佳工艺参数为:清洗时间20min、基片温度150℃、脉冲频率5Hz、主回路电压150V。退火处理会使DLC薄膜的激光损伤阈值明显提高。

为了实现舰载机全天候自主着舰,本文研究了舰载机光电导引着舰用红外合作目标组合。首先提出了切实可行的工作过程及地面车载验证方案,然后研制了合作目标。根据大气窗口、红外辐射在大气中的传输特性和待选波段对应的最佳辐射温度对合作目标温度控制的影响,确定了8～14μm波段为合作目标对应的辐射波段。根据摄像机的探测距离的估算以及实际要求确定了合作目标的大小。将所设计的合作目标组合用于光电导引算法,计算结果表明,对着舰点的位置预测误差分别小于0.5m、1m、1.2m,具有很高的精度。

针对差分吸收光谱技术(DOAS)获取差分吸收光学密度(OD)的技术特点,本文提出采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)来逼近DOAS测量谱中慢变成分,并依次获得痕量气体差分吸收光学密度。该方法根据DOAS系统获得测量谱的特点进行自适应调整网络参数,因此能较精确地分离慢变部分和快变部分。利用SO₂样气进行实验,结果表明ANIFIS比多项式函数更为灵活。基于AINFIS网络获取的OD进行浓度反演,提高了DOAS反演精度。

广泛应用于气体探测的差分吸收光谱技术(DOAS)利用气体分子的窄带吸收特性结合最小二乘算法来推演气体浓度。但是,最小二乘法在外界环境因素干扰的情况下,往往产生较大的误差。本文引入了基于状态空间理论的气体浓度定量分析算法。通过把浓度变化视为状态方程,把光强吸收变化看作测量方程,从而组成状态空间方程,然后将卡尔曼滤波应用到气体状态空间中实现浓度反演。对于噪声统计信息未知的情况,通过自适应滤波算法,在滤波过程中利用已有的历史信息对噪声实现估计,从而使得整个系统在信噪比较低的情况下也能取得较好的反演精度。最后通过实验对最小二乘算法和卡尔曼滤波算法进行对比,证明卡尔曼滤波算法更具优越性。

针对偏振度编码成像在目标探测识别中的优点,本文分析了偏振探测的消偏振机理,以及表面散射和体散射对目标偏振度的影响。利用808nm半导体激光器照明,目标的后向散射光由卡塞格林望远镜接收,经过偏振分光棱镜成像在两个CCD上,通过一次测量获得偏振状态相互垂直的两幅图像,然后计算出目标的强度和偏振度,分别利用强度和偏振度编码成像。实验结果表明,在目标的反射率相近时,强度图像不能区分不同材料的目标,偏振度图像可以区分,融合强度和偏振度图像进行HSI伪彩色编码,可以达到目标探测、分类等目的。

针对不同时相遥感影像变化检测研究中变化区域的自动提取问题,本文提出一种基于类间最大方差准则,利用C均值算法自动确定变化阈值的方法。该方法中将变化区域提取问题转化为两类之间的分类问题,利用C均值算法进行迭代处理,当两类之间方差最大时即为最佳变化阈值T。实验结果表明,该方法可准确快速地确定图像变化检测的最佳阈值,实现变化区域提取的自动化。

针对无源光学电流互感器的线性双折射问题,用琼斯矩阵分析了双折射对系统输出的影响。分析了输出光退化成圆偏振情况下光学电流互感器仍能传感电流的现象,以及输出光保持线偏振条件下系统输出电压仍受线性双折射影响的现象。分析了入射光偏转角、入射光相移与初始线性双折射对光学电流互感器输出的联合影响。结果表明,当初始双折射存在的情况下,随着入射光相移的变化,系统输出相对偏差存在极小值,且极小值对应的入射光相移随着初始双折射值而单调递增。由此提出增加入射光相移来减小初始线性双折射对系统输出影响的方法。用计算机仿真了理论计算结果,实验验证了这种方法的可行性。对改进无源光学电流互感器的性能、开发实用光学电流互感器具有参考意义。

分析了基于Michelson干涉解调技术的光纤激光器水声传感的原理,在一段掺铒光纤中写入具有π相移的光纤光栅构成光纤激光器,水声压力作用在激光器上引起激光工作波长的变化;采用基于3×3耦合器的偏振无关的非平衡光纤Michelson干涉仪将激光波长变化转化为干涉仪的相位变化;干涉仪的输出由光电探测器转换后使用DSP进行信号解调。针对3×3耦合器分光比不对称的问题,本文提出利用实时调整幅度的2路干涉信号进行解调的方案,该方案不需要3×3耦合器有严格的分光比,消除了外界环境对解调输出的非线性影响。水声探测实验表明,光纤激光器水声传感系统的声压灵敏度为-166.5dB(参考值1 rad/μPa),解调结果与水声信号具有良好的线性关系。

开环光纤陀螺在工作时需要对其工作点进行控制,这就要求能够用数字的方法产生一个幅度可调的正弦波调制信号。首先对光纤陀螺调制信号的数学描述进行了分析,在此基础上提出了三种幅度可调调制信号的产生方法,即直接波表法、乘法调幅法、两级波表法,并分析了三种方法各自的优缺点。比较了用不同方法产生调制信号进行工作点控制的实验结果。在大多数情况下,两级波表法是较好的选择,它可在存储容量及计算资源都有限的情况下实现工作点的精确控制。

针对火灾早期预警和危险化学品气体泄漏的在线检测问题,提出了一种基于视频的早期烟雾检测新方法。整个检测过程主要由四部分组成:1)RGB分量运算参数的离线学习;2)用RGB分量运算+位屏蔽,实时分割出类似烟雾区;3)用在背景维护下的减背景来消除场景中静态的类似烟雾区干扰,再由小波变换去除场景中动态的类烟雾区干扰;4)通过长序列的多帧证据积累分析,判别标记出真正烟雾。实验表明,该方法对于320×240分辨率彩色视频的分析判别速度可达16～20fps,并可在3～4s内准确判别出动态场景下的核心烟雾区,且不受大空间、开放环境的限制,具有较强的误报免疫能力。

在基于立体视觉的立式风洞飞机尾旋姿态测量过程中,遮挡问题是困扰测量的一个难题。遮挡问题的常用解决方法需要恢复连续的被遮挡空间,计算量大,且不容易保证精度。针对特征点测量的遮挡问题,本文提出一种基于信用度分类的解决方法,在被遮挡空间搜索感兴趣点的最佳近似,并且通过引入信用度因子的组合计算,控制和提高最佳近似点的计算精度。文中分析了辅助计算点的测量误差所带来的搜索定位困难,信用度因子的引入可以弱化不精确辅助点对搜索结果的影响,使搜索过程主要依赖可靠的点进行。最后,通过仿真实验分析了该方法的可靠性,并说明其在飞机尾旋运动测量实验中对测量结果的有效改善。

针对近程导弹告警设备目前采用的连续扫描型存在成像质量不高和固定凝视型成本过高的问题,对一种面阵红外CCD探测器的探测方法进行了研究。提出将先进的非等速步进准凝视图像采集控制方法用于一种复合式小型导弹告警系统中。对常规控制方法和步进准凝视控制方法进行了比较,重点解决了该控制技术在红外探测系统中的应用。此方案在某型在研告警设备中进行了实验,方位误差限定在0.4mrad条件下其分辨力可达0.01°。该控制方法可应用到其他告警探测设备的设计中。

针对消费类摄像设备中的马赛克问题,本文提出了一种基于全相位DCT/IDCT内插滤波器的色差空间去马赛克算法。该方法根据三种颜色图像之间的相关性及采样特点,采用全相位IDCT菱形半带滤波器实现了绿色图像重构,并用全相位延拓DCT内插滤波器实现了红绿色差和蓝绿色差的重构。其中全相位IDCT内插滤波器是纯二维滤波器,且能够直接实现五点梅花形采样矩阵与矩形采样矩阵之间的转换。而全相位延拓DCT内插滤波器能够有效地抑制FIR滤波器的吉布斯效应。实验结果表明,本文算法比双线性内插算法重构图像PSNR最多高6dB,能够保留更多的图像边缘细节,且比自适应算法运算效率高。