结合动量定理和动量矩定理分析了地平式光电跟踪系统的动力学特性,建立了地平式光电跟踪系统的非线性模型,并用虚拟样机技术对其非线性模型进行仿真。理论分析与仿真结果表明,当方位轴和俯仰轴均以较高的角速度或角加速度运动时,因非线性关系所导致的扰动力矩会严重影响系统的跟踪精度,当地平式光电跟踪系统的俯仰轴相对其各惯性主轴的转动惯量相等时,可彻底解决俯仰轴与方位轴之间的运动偶合关系。

本文简述了电子稳像技术的基本原理,重点介绍了国内自主研发的船载电视监视系统电子稳像器的实现和主要性能特点,以及为满足性能要求而采用的运动检测和补偿技术。该电子稳像器采用灰度投影算法检测序列图像当前帧和参考帧之间的运动矢量,并且通过算法改进实现亚像元检测。在补偿图像运动时,通过采用平滑算法,避免了在图像补偿时出现的马赛克现象,保证了图像补偿精度。实验结果表明,本文提出的电子稳像器具有稳像精度高、实时处理能力强和较好的实际应用效果。

为了大气垂直探测仪能够进行精确的光谱测量,对其进行光谱定标。大气垂直探测仪使用面阵探测器,由于离轴像元接收的光线不平行于光轴,使仪器函数发生变化。本文针对大气垂直探测仪使用的16×4元面阵探测器理论分析给出仪器函数,讨论其对光谱定标的影响,并将利用理论分析结果及利用气体吸法测得的光谱,对大气垂直探测仪进行了光谱标定,光谱定标精度达10^-5。采用面阵探测器的干涉仪,边缘视场像元所测光谱会向低频漂移,因此必需研究干涉仪的仪器函数,从而消除光谱漂移对边缘视场光谱定标的影响。

针对城市痕量污染气体检测中,所测气体浓度低、吸收弱,采用两点标定和高浓度标气定标造成吸收曲线误差增大的问题,本文提出了采用低浓度标气、多点定标的方法来获得吸收曲线的方法来建立吸收方程。该方法是基于比尔-朗伯吸收定律的吸收方程,当测量气体浓度较低时,其浓度和吸光度呈线性关系来完成。采用低浓度标气、多点定标两种方法的结合,来获得测量气体的吸收曲线。试验结果表明,有很高的测量精度。

采用新的方法对波长范围1～3μm的红外探测器绝对光谱响应率进行定标。红外探测器的光谱响应率定标是在两套定标系统上利用两种参考探测器实现的。首先在红外光谱比较系统上利用一个平响应的腔式热电堆探测器作为参考探测器,测量待测红外探测器相对于标准探测器的连续光谱响应率;然后在可见-近红外定标系统上,利用低温辐射计和激光器在几个单立波长上进行绝对光谱响应率测量。这样,通过计算就能得出待测红外探测器在每个波长上的绝对光谱响应率。采用上述方法对TS-76探测器进行光谱响应率定标,联合不确定度小于0.95%。

分形噪声和白噪声是影响光电跟踪系统惯性传感器输出信号精度的重要因素,采用传统的方法很难滤除分形噪声。利用分形噪声在小波变换域的特殊性质,采用小波滤波方式,并在此基础上,实现两种不同带宽的惯性传感器信号的融合。通过将阈值计算进行简化,并对信号输入延拓方式进行改进,提高了信号处理的精度,由此可以大大降低信号的小波变换长度以提高运算速度,最终在相应硬件的基础上实现信号的实时处理。最后的实验验证了该算法的有效性和实时性。

阐述半导体光电位置敏感器件(PSD)的横向光电效应,改进型2D-PSD的结构、特点、工作原理,在此基础上,提出一种新的电桥理论分析2D-PSD的中心与边缘产生非线性及其误差的原因。采用高精度低温漂高输入阻抗的前置放大器、加法器、减法器、除法器等元器件设计了一种改进型2D-PSD的信号调理电路,用于高精度的激光准直系统中。该信号调理电路将激光束经光学透镜、光阑、滤光器等光学元器件处理的光信号转换为电信号后,送入数据采集系统,利用直线度测评软件直接在计算机上将被测件的直线度测量显示。系统特点是:响应速度快;位置分辨率高;能实时检测等优点。最后给出测量实验结果和几个重要结论。

基于复合光栅的相位测量轮廓术在物体三维信息重建中是一种非接触、实时的测量方法。通过对这种光栅的形成机理分析,发现当复合光栅中的空间调制光栅的频率一定时,其中相移光栅周期与三维重构精度有关,并且存在一个重构均方差最小值的相移光栅周期,其大小与被测物体的形貌有关。因此,可通过优化复合光栅结构的方法来提高测量精度。利用数字投影仪将连续改变相移光栅周期得到的复合光栅投影到物体,获取变形光栅图像来重建物体的三维信息,从周期数与均方差关系曲线中找到对应的复合光栅的最优化参数,以实现复合光栅最优化设计。通过数字模拟和实验都证实采用优化设计的复合光栅来提高物体的测量精度是有效的。

目前还没有标准的方法来检测投影机镜头的MTF,为此我们提出了一种基于图像分析的投影机镜头MTF实时测试系统。本系统使用CCD作为成像接收器,采用基于图像分析的方法,通过分析单个像素成像同时获得投影镜头子午和弧矢两个方向上的调制传递函数(MTF)。阐述了整个测试系统的构造及理论框架,着重分析了系统参数标定的重要性以及如何正确地进行系统参数标定;全面分析了影响测试结果的因素以及如何正确快速地修正噪声的影响。检测了质量合格与质量不合格的投影机镜头,并将结果同设计值的进行比较,实验结果表明了本系统及其处理方法的有效性。

本文介绍了紫外纳米压印技术原理,以及工艺中模板与基片的平行度对压印质量的影响。研制了气囊气缸式真空紫外纳米压印设备,其通过气囊气缸使模板与基片平行,从而可在大面积基片上确保压力均匀。研制了相应的光学系统,着重讨论了如何实现紫外纳米压印以及光学系统的设计和调整。制备了石英玻璃模板,实现了在商用紫外固化聚合物OG154上的紫外纳米压印,转移复制了具有100nm特征的5cm×5cm面积的纳米结构图形。

针对电视制导系统需从包含多个干扰目标的序列图像中快速识别和跟踪导弹目标的要求,提出了一种基于二值图像索引图的序列图像快速分割及目标特征提取算法,在序列图像二值化后,只需由FPGA对其遍历一次就可得到一张含有目标信息的索引图表,再由DSP对该索引图表边遍历边计算就可得到图像所含目标的数量、面积、质心坐标、二阶矩不变量等特征。实验结果表明,该算法并行处理效率高,实时性好,完全可满足电视制导系统的要求。

由散射光谱推知上皮组织发育异常属于一类反问题,此问题可转化为反演上皮组织细胞核的粒径变化。对上皮组织细胞核的单次散射偏振光谱进行数值模拟,并采用Projection迭代算法反演细胞核的粒径分布信息。Projection迭代算法将方程组的解看成是多维空间的一个点,通过不断求解各超平面上的投影点而逼近真值。数值计算表明,Projection算法对于粒径呈单峰、双峰分布细胞核均有良好的反演精度,采用该法有望增加光谱法上皮组织发育异常诊断的灵敏度。

本文阐述了正交偏振干涉测量技术的基本原理和实验方法。Fizeau干涉仪的输出激光束经过线偏振镜后变为线偏振光,调整偏振方向让光束的偏振态分别平行于KDP晶体的o轴和e轴,得到两幅干涉图。通过这两幅干涉图的差值得到晶体的折射率分布不均匀性。该检测技术借助可改变输出激光偏振态的大口径干涉仪精确地测量晶体在切割方向上o光折射率和e光折射率的偏差。本文所采取的方法是在大口径干涉仪的小端口放入可改变偏振方向的线偏光镜。本文通过对一批330mm×330mm的大口径KDP晶体的折射率均匀性测量验证了该方法。

高能激光束能量高,波长较长,无法用常规的光电探测器进行接收。为了实现高能激光发射系统中激光束的监测和系统的快速高精度装调,采用间接测量的方法,将激光束的监测转换为激光谐振腔出射镜的监测,并且通过使用光路切换镜,用He-Ne激光束代替高能激光束来完成整个系统的装调。对光束监测系统、装调辅助系统、靶标镜以及光路切换镜等辅助设备的工作原理和使用方法做了简单的介绍。为考察方法的有效性,结合CO₂激光发射系统进行了精度分析。结果表明,使用本方法装调后,光轴平行度误差可达到15.9″,满足设计指标的20″。

许多工业制造装备的工作过程中,需实施不同规格回转体直径及安装偏心量的快速校准测量,以保证可靠性。研究组合式激光在线校准系统的工作机理,建立相应的测量信号表达式,给出系统设计的一般原则,理论分析结果表明,校准系统能够实现微米级的校准精度,结合系统在高精度PCB锣钻机的应用实践,理论与实际的吻合性较好。文中提出的分析方法可应用于车床、铣床、加工中心等需实施回转体直径和偏心量的快速在线校准设计。

以关系桥梁安全健康的拉索表面缺陷检测作为研究内容,针对国内对拉索表面保护材料层的两种检测方法的不足,设计了以嵌入式DSP为核心的扫描采集和缺陷检测系统,包括图像采集机构、DSP硬件平台、爬行运动机构以及损伤定位机构;提出了基于图像的快速识别拉索表面缺陷的检测识别方法,包括图像截取、滤波降噪、图像分割、缺陷识别,并加以算法实现。实验结果表明,该方法不仅实现了拉索表面缺陷的实时检测,同时系统指标达到:最小识别面积为1cm²,图像实时处理速度为10cm/3s。

在B-样条尺度空间下定义了平面轮廓在其支撑区域(ROS)内的协方差矩阵的多尺度表示,矩阵的最大特征值对应的向量表示轮廓切线方向。将各个尺度下的切线方向变化率的乘积定义为多尺度积。而角点就定义为多尺度积大于给定阈值的局部极大值所对应的点。由于多尺度乘积融合了轮廓在不同尺度下的特征信息,增强了特征点的响应,抑制了噪声的影响,因而所提出的算法既能精确定位,又对噪声有良好的鲁棒性。通过实验证明了算法具有旋转不变性,并对微小的尺度变化不敏感,而且与其他的角点检测器进行了对比。

在相移算法的点衍射干涉术的基础上,提出了基于傅里叶变换的点衍射干涉测量术。基于傅里叶变换的点衍射干涉测量术是一种建立在点光源衍射干涉理论基础上的测量方法,它采用傅里叶条纹分析方法来求解干涉条纹的相位分布,运用基于BFGS的拟牛顿算法进行三坐标的迭代计算,确定点光源的三维空间坐标。通过计算机模拟实验,验证了该方法在有噪声干扰的情况下,可以有效降低干扰噪声对测量的影响。

对驾驶机器人的视觉导航技术进行了研究,提出了一种快速可靠的车辆引导线检测算法。该算法首先对感兴趣的移动窗口进行有条件的边缘检测,进而引入了梯度方向直方图的处理思想,制定了车辆引导线边缘候选点集与有效点集的筛选算法,最后,通过所提出的一种基于标量化处理Kalman滤波方法实现了引导线特征参数的快速准确提取。试验表明,本文提出的检测算法能够满足复杂路况下的导航需要,具有30ms/帧的实时处理速度。

弹丸着靶坐标和飞行速度以及飞行方向角是外弹道测试中必测参数,本文针对四幕光幕靶和双光幕测速系统的不足,采用六个大靶面光幕靶,构造出了两类六光幕阵列结构。由作者首次提出的六幕光幕靶是文中所提基本结构的变形。所提六光幕阵列能同时完成着靶坐标、速度和速度方向三类参数的同时测试,是一类六光幕阵列的基本机构,其他结构可以通过光幕面的旋转平移得到。文中给出了两种六光幕阵列测量公式的详细推导。提出的六光幕阵列也可以用作自动报靶系统中的传感器。

提出了一种使用小波子带熵进行比特分配的遥感图像压缩算法。对遥感图像进行小波提升分解后,分析了各高频子带能量百分比及其熵的变化趋势,在此基础上提出了一种新的快速比特分配方法-使用子带熵进行比特分配。然后对各个高频子带进行均匀量化,量化后的数据采用比特平面编码。对最高比特平面只记录该比特平面中非零系数的坐标,其它比特平面采用行程编码和Huffman编码方法进行压缩。实验结果表明,纹理复杂以及相对平坦的遥感图像使用该算法压缩后都可以获得很好的重构图像质量,峰值信噪比均大于34dB,而压缩比则与图像的复杂程度有关。

为了改善基于图像配准的红外焦平面迭代非均匀校正算法的性能,在此基础上提出了一种新的红外焦平面图像非均匀校正算法。首先分析了真实图像的噪声规律,利用红外焦平面的读出电路结构特性建立了噪声模型。而后分两部分对算法原理进行分析,最后用仿真数据对算法的有效性给予了验证。通过与其他算法的校正结果比较,证实该算法具有收敛速度快、计算复杂度低、数据存储量小等优点。

实时红外图像非均匀性校正是红外热成像系统的基础。采用Altera公司的NIOSII嵌入式软核CPU技术,提出了一种基于非线性拟合的实时校正方法以及利用FPGA为核心的硬件实现途径。针对校正中耗时的算法用FPGA中模块完成,采用NIOSII处理器的自定制指令,使FPGA的并行性和DSP的灵活性完美结合在一起,极大的提高了系统的性能。该方法动态范围大,系统仅采用一片FPGA芯片,使得系统小型化成为可能。介绍了硬件电路的原理图以及工作过程并给出实验结果。实验证明了这种方法的优越性,并取得了满意的实验结果。

针对含动态场景的视频序列,本文提出了一种基于流形的全景图的绘制方法。该方法首先从视频序列中提取条形图,根据需要由一个或几个条形图组成图卡,利用相似测度确定图卡在流形种的次序;然后将相对应的图卡依最小代价路径按序排列在一起构成流形,完成全景图的拼接;最后利用拼接区域的相似性信息,使用基于局部金字塔的方法融合图像交叠处的颜色。实验结果表明,使用该方法得到的全景图可最大限度的保证原图像中的细节,没有严重的扭曲和变形,视觉效果比较好。

作为最优边缘检测算子,Canny算子在线性滤波及选取阈值方面具有一定的局限性。在其基础上,采用尺度可变的自适应高斯滤波器进行滤波,通过计算滤波器各滤波窗口内像素点灰度值的均值,以及该均值与当前像素点灰度值的差值,确定滤波窗口的平滑度,并将其作为高斯函数尺度的大小,在滤除噪声的同时确保了边缘信号不被平滑掉;同时采用基于简单统计法及梯度阈值法的双阈值分割方法检测经过非极大值抑制的梯度幅值图像的边缘。实验结果表明,该方法能够有效滤除噪声,且假边缘及丢失边缘的数量都比Canny边缘检测的少。

基于轮廓结构元素形态学(CB形态学)和广义多结构元素的数学形态学,构造了一种新颖的用于抑制图像中的散斑噪声的串并复合滤波器。首先采用全方位多结构元素的广义多刻度形态开最大滤波器与广义多刻度形态闭最小滤波器相并联的滤波器进行滤波,力求在滤波的同时图像几何细节损失尽可能少,然后通过级联的CB开和CB闭滤波器,再滤除剩余的斑点噪声,从而在有效抑制图像中的散斑噪声的同时更好地保持了图像的细节信息。分析和仿真表明了本文提出的滤波算法的有效性。

本文在彩色图像的HSI颜色空间中,根据其分量的不相关特性,针对H、S分量建立了彩色图像的复变函数模型,并给出其边缘检测方法,得到H、S分量的边缘图像。抽取彩色图像的I分量构造灰度图像,利用当前成熟的灰度边缘检测方法(基于小波的多尺度边缘检测方法)得到I分量的边缘图像。最后,利用信息融合技术,将上述获得的两幅边缘图像进行信息组合得到最终的边缘检测结果。从试验的结果来看,本文所采用的方案充分利用了彩色图像所包含的信息,对图像的彩色边缘比较敏感,获得了满意的边缘检测结果。

本文通过形状约束方程(组)与一般主动轮廓模型结合,将目标形状与主动轮廓模型融合到统一能量泛函模型中,提出了一种形状保持主动轮廓模型即曲线在演化过程中保持为某一类特定形状。模型通过参数化水平集函数的零水平集控制演化曲线形状,不仅达到了分割即目标的目的,而且能够给出特定目标的定量描述。根据形状保持主动轮廓模型,建立了一个用于椭圆状目标检测的统一能量泛函模型,导出了相应的Euler-Lagrange常微分方程并用水平集方法实现了椭圆状目标检测。此模型可以应用于眼底乳头分割,虹膜检测及相机标定。实验结果表明,此模型不仅能够准确的检测出给定图像中的椭圆状目标,而且有很强的抗噪、抗变形及遮挡性能。