光电载荷的主要功能是用光电传感器实施遥感与测量,以搜索/探测感兴趣的目标,并以一定的精度对目标定位,实现遥感/测量一体化。一种无人机光电载荷,由20×变焦可见光电视、宽/窄视场可切换长波前视红外和重频5Hz的脉冲激光测距机构成,紧凑安装在25μrad稳定精度的两轴四框架稳定平台上,使可见、红外、激光三轴对准精度优于20″,测角精度优于1mrad。试飞表明,光电载荷下传图像清晰,目标定位数据可信。提高激光重频和平台隔离度,可改善搜索/探测效率与质量。

针对模糊神经网络运算过程中,当模糊规则较多时,网络学习速度慢,方法实时性差的缺点,本文提出采用粗糙集理论对该模型进行优化,该方法利用粗集数据分析方法,通过知识约简从数据中推理逻辑规则,并用约简后规则集作为模糊神经网络的规则将输入映射到输出的子空间上:在这个子空间上用改进的BP算法训练进行逼近。实验结果表明:通过粗集数据挖掘后提取的规则,不仅规则数目减少,且规则是不完全规则,减少了网络输入维数和各层神经元的个数,提高了网络运算速度,满足了系统实时性要求。

为了更好地适应网络及终端的多样性,本文针对基于H.264的可伸缩编码,提出了一种基于运动区域的自适应可伸缩编码的优化方案。该方案根据基本层的运动信息及编码模式自动提取图像的运动感兴趣区域,并以独立片的形式对其进行时间、空间和质量上的可伸缩编码,实现选择性增强。实验结果表明,该方案不仅能大幅降低编码复杂度,而且使增强层码流集中包含运动区域信息,从而提高运动区域的重建质量及整幅图像的主观质量。

针对两幅图像中特征点的匹配问题,本文提出了一种新的基于形状内容描述子的点特征匹配方法。该方法首先利用基于曲率尺度空间(CSS)的角点检测技术获得两幅图像中的角点及其所在的曲线;然后,计算两幅图像中每个角点的形状内容描述子,运用χ²统计检验函数得到描述子的匹配度,对该匹配度进行评估,如果高于某一个阈值,则认为初始匹配成功;最后对初始匹配成功的点对,利用半局域限制完成点集之间的最终匹配。实验结果表明,本文所提出的匹配算法具有较高的点特征匹配准确率。

为了简单有效的获得医学图像边缘,本文从数学形态学的角度出发,利用多结构元素对不同方向的边缘敏感来保留更多的边缘细节信息,提出了一种改进的形态学边缘检测算法。本文首先将形态学的BTH与WTH运算相结合进行图像增强,再结合开闭运算提出了一种抗噪型的边缘检测算子,对运用多结构元素得到的边缘图像进行累加,最后对该叠加后的边缘图像进行修正得到最终结果。实验证明,该算法在抑制噪声对边缘的影响和保持图像的边缘细节上,均取得了很好的效果,具有一定的实用性。

研究了被激波调制的光子晶体对入射光产生的频率转换效应。建立了弹性激波调制一维光子晶体的物理模型;提出了准静态带隙结构的概念,并采用FDTD和平面波展开法计算了其光子带隙;通过数值计算和微扰分析,发现该频率转换是一个量化累积过程,并对该频率转换效应及其量化累积现象提出一种基于光子-声子相互作用和表面衰减模的解释,同时,分析了该频率转换效应的特性。

针对目前实现大视角数字全息图实时动态再现的难点,提出了一种基于液晶空间光调制器用分时再现原理实现大视角数字全息图实时动态显示的新方法。分析了大视角全息图的计算原理和利用空间光调制器进行分时再现的技术原理,并提出了空间多屏拼接的方法。利用经改造的液晶背投影光学引擎系统设计了实验系统,对计算得到的全息图阵列进行了相应的处理以符合原投影系统RGB信号的传输,处理后的全息图阵列由计算机控制以60Hz的频率输出到光学引擎。实验结果表明,可以观察到大视角全息图的动态再现像。

本文采用波长为1 455nm的大功率光纤拉曼激光器(FRL)作为泵浦源,啁啾布拉格光纤光栅作为增益平坦滤波器,用两种不同的光源组合作为信号源(宽带ASE光源)+波分复用模拟器(WDM-emulator)以及四通道外腔可谐调式激光器(ECL)+滤波器型波分复用器(FWDM))对光纤拉曼放大器的增益平坦化特性进行实验研究,获得了平坦增益带宽为55nm(1 519～1 574nm),平均开关增益大小为15.2dB,增益不平坦度为±0.8dBd的宽带光纤拉曼放大器。通过实验研究表明,该方案为带宽低于60nm的光纤拉曼放大器的增益平坦化设计提供了一种新的选择。

根据肤色信息在YCbCr空间分布特点,提出在基于肤色信息的马氏距离图的特征脸空间中用RBPNN神经网络进行人脸识别。该方法利用肤色信息构造图像的马氏距离图,利用K-L变换构造特征脸空间。在特征脸空间中提取图像的统计特征,以这些统计特征作为输入,构造径向基概率神经网络,利用它的非线性计算和映射能力,进行人脸识别与分类。实验证明,这种方法能够有效地完成人脸识别。

本文研究了独立成分分析(ICA)两种不同的结构ICAⅠ和ICAⅡ在掌纹识别中的应用。为了提高识别准确性和可靠性,该方法首先对掌纹图像进行预处理,提取掌纹感兴趣(ROI)区域进行特征提取和匹配。为了减少计算量,运用ICA算法之前,先采用主成分分析(PCA)算法去除掌纹图像的二阶统计特征相关性,其余的高阶统计特征由ICA分离。对于PolyU掌纹图像库,基于ICA模型的预测误差平方和(SPE)小于PCA,而且重构的原始图像优于PCA。为了比较两种算法识别性能,本文分别用PCA、ICAⅠ、ICAⅡ提取特征掌纹子空间,然后将待识别图像投影到低维子空间上,最后用余弦距离进行掌纹匹配。实验结果表明,ICA算法两种结构的识别率均高于PCA,ICAⅡ在性能上优于ICAⅠ。

针对由于不同红外成像设备参数差异以及目标周围环境影响而造成的红外目标分割阈值自动选取算法的鲁棒性差这一问题,本文从红外成像的机理出发,提出了一个新的解决方案并加以实现。首先对图像的直方图采用K-均值聚类,然后通过对聚类中心分布特点的分析,确定图像分割的阈值。该方法不需要事先对图像进行均衡和对背景分布进行假设。实验结果表明,算法具有良好的鲁棒性。

提出了一种采用双目立体视觉测量技术来获得炮弹运行姿态的新方法。首先利用加权平均的方法求炮弹的质心,然后利用炮弹表面点到弹轴的距离相等的原理,用最小二乘拟合法推导出弹轴方程,得到弹轴矢量,最后通过建立弹轴矢量与姿态角之间的数学关系得到炮弹运行时的姿态角。仿真实验结果表明,该测量方法具有较高的精度,能满足远距离运动物体运动参数的测量要求。

针对固定场景监控中复杂背景、光照变化、阴影等影响视频分割的问题,提出了一种有效的混合高斯模型的自适应背景更新算法,各像素点根据其像素值出现的混乱程度采取不同个数的高斯分布描述,通过对背景模型的学习与更新、高斯分布生成准则等方面的改进和优化,采用基于形态学重构的阴影消除方法使得前景目标分割的性能得到了有效地提高。文中同时给出了光照突变检测及其背景更新方法。通过对各种实际场景的实验仿真表明,该算法能够快速准确地建立背景模型,准确分割前景目标,与其它算法比较具有更强的鲁棒性。

由于存在外点干扰,传统的Mean-Shift对象跟踪方法不能有效的跟踪尺寸逐步变大的目标。猜想利用对象初始模型能有效排除外点对跟踪结果的干扰,在此基础上本文提出了一种利用对象初始模型的候选目标模型和相似度测量方法;为了使内核窗口中心及大小与对象形心及大小一致,根据内核窗口外一定宽度子带内像素分布情况,动态调整内核窗口大小和位置。通过对尺寸逐渐变大的汽车进行跟踪,验证了算法的有效性,同时试验结果也证明新算法具有更低的计算复杂度。

油库是典型的感兴趣目标之一,大多数呈圆形。针对传统的基于Hough变换检测圆的算法存在计算量大、空间复杂度高等缺点,本文提出一种改进的梯度模糊Hough变换进行油库目标识别。算法首先利用梯度信息减少计算量,然后对边缘像素进行模糊映射,以减少峰值扩散和伪峰现象,最后针对Hough变换不考虑点之间的连通性的缺点设计去虚警算法。实验结果表明该方法计算量小,精度高,能准确定位圆心和半径,识别率达82.5%,虚警率为1.6%。

红外焦平面阵列(IRFPA)成像是当今红外成像技术发展的主流方向,然而IRFPA特有的非均匀性严重地限制了系统的成像质量。针对红外焦平面阵列在进行非均匀性校正中所涉及的运算量和数据量庞大、实时处理难于实现的特点,本文提出采用高速TMS320C6000系列DSP为核心的嵌入式硬件系统,结合分段线性和分段二次多项式算法,阐述了硬件设计和实现步骤,并给出实验结果,结果表明本系统完全满足实时高精度校正的要求。

针对飞机结构隐藏腐蚀热波成像检测中出现的试件表面存在杂物、热像仪中有用数据较少、图像序列中腐蚀区域不明显等情况,首先通过对加热前的一幅图像进行自适应形态学锐化处理,提高图像的对比度,并根据图像梯度的变换情况确定出杂物的位置。其次对加热后的图像序列在相同的位置采用(5×5)模板进行最小值滤波,将杂物滤除掉。然后采用Daubechies9/7小波对图像序列进行变换,并分析了主动式热波图像能量的分布情况,对能量集中的低频部分进行累积,降低高频部分的能量,在此基础上对图像进行重构。最后对重构前和重构后图像的质量进行了定量评价。实验结果表明,该方法可以有效的提高图像的质量,降低图像的噪声,得到易于判读的红外热图像。

对实际微粒体系的自拍与外差混合的光子相关谱(PCS)进行了理论分析与模拟计算,结果表明用纯自拍或纯外差算法反演自拍与外差混合的PCS时得到的微粒粒径相对误差可达100%。提出了一种从混合PCS反演微粒粒径的方法。搭建了一套能够产生混合PCS的模拟实验装置。用其分别对含有标称粒径为60nm和200nm的标准聚苯乙烯乳胶球微粒体系进行了测量。实验结果表明,用本文提出的方法反演混合PCS得到的微粒粒径与标称值的相对误差均在5%以内。

烟幕干扰光电设施的效果与其组成成分密切相关。以NaCl为填料,从水雾的光学和微物理特性角度,分析微粒消光特性的主要影响因素,通过实验比较不同浓度、不同用量和不同靶温条件下NaCl水雾对中远红外辐射的衰减性能,实验表明增大NaCl溶液的浓度和用量有利于提高水雾的消光能力,NaCl水雾对高温目标的近红外辐射衰减能力更强些。应用米式理论,对粒径服从对数正态分布的水雾在红外传输窗口的消光性能进行了计算和分析,波长分别为3.5μm和10.591μm时,其透过率分别为38%和55%,提出选用具备良好电磁特性和悬浮性能的干扰填料是增强水雾干扰性能的有效途径。

为克服视频目标跟踪中仅利用单一特征易导致的跟踪失败,提出了一种基于多特征融合的非线性目标跟踪算法。通过灰度直方图来表征目标的总体分布,利用边缘特征来提取目标的高频细节,将两者融合于粒子滤波的概率模型框架中。并提出一种基于半峰宽和贡献度的特征可信度计算方法,动态调节粒子数目,使可信度高的特征拥有较多的粒子。最后,进行了目标跟踪仿真实验,结果表明,该算法具有较强的抗局部遮挡能力,与单特征跟踪算法相比,平均跟踪误差减小了0.5个像素。

本文提出了用于测量自由飞行昆虫运动参数的立体视觉测量系统,实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的测量。文章在分析虚拟四目立体视觉测量原理的基础上搭建了虚拟四目立体视觉测量系统,并设计了自由飞行昆虫的引导装置,最后利用该测量系统和引导装置实现了自由飞行昆虫双侧翅膀运动参数的测量。实验结果表明该系统不仅降低了系统成本而且减少了多摄像机同步驱动的复杂性,对研究自由飞行状态昆虫运动机理具有重要意义。

激光粒度测量中,当样品到透镜的轴向距离较大时,由于透镜口径有限,会因渐晕而降低测量的精度和准确度。针对这种问题,应用灰色系统理论事先检验数据,来判断渐晕点位置,然后通过建模对渐晕点后的衍射光能信号进行灰预测,从而修正渐晕的影响。通过对距透镜不同位置处的粒子板进行测量,用灰色系统建模和无模式算法处理数据验证了该方法的有效性。这种方法可以提高距离镜头较远或覆盖范围较大的样品的测量准确度和精度。

针对长轴直线度检测需要直线和角度基准问题,本文提出采用十字线激光束的长轴直线度检测方法。根据被测长轴轴心到两激光平面的距离唯一的原理,用图像处理技术对十字线激光图像进行处理,求出十字线激光图像的交点坐标和水平线倾角,结合距离信息计算被测长轴的直线度参数。讨论了检测系统的结构,详细介绍了直线度参数的计算方法。采用640pixel×480pixel摄像机(光靶分辨率为0.0973mm/pixel),在1m、9m和18m处分别摄取50幅图像,测量结果的极径标准偏差分别为0.00937mm、0.0342mm和0.0860mm,极角标准偏差分别为0.843′、1.26′和1.57′。

为了突破高速电模数转换器采样速率和时延控制精度对测频带宽的限制,文中提出了一种采用光脉冲欠采样的超宽带、高分辨率数字测频方法。利用被动锁模激光器的超短光脉冲,产生间隔可控的多波长光脉冲串,通过电光调制器,对待测信号进行采样,最后通过光探测器阵列转化为电信号进行测频计算。此方法利用光脉冲的采样带宽高、时延控制精确、波分复用技术等特点,结合欠采样的Multiple Signal Classification算法进行宽带频率测量。通过对实际应用条件进行的数值模拟和理论计算表明,该方法可以实现20GHz带宽范围内的高精度多信号频率分辨。

对三轴激光陀螺的结构及串扰现象作了简要介绍,提出了放电状态监控电路的必要性。基于所设计的高压稳流电源电路,提出在高压电源每一稳流支路加入一路模拟开关,来控制稳流和状态监控的时序,从而通过监测采样电阻的端电压来实现放电状态的监控,并详细阐述了三轴放电状态监控电路的软硬件实现。最后对电路进行了实验测试,三轴激光陀螺在5s内的点燃率达到100%,电流的长期稳定度优于1×10^-4,验证了状态监控电路的可行性和可靠性。

基于耦合波理论,提出了一种推导反射体布拉格光栅衍射效率方程的新方法。在被推导的衍射效率方程基础上,获得了平面单色和高斯光束反射体布拉格光栅衍射的详细理论模型,分析了平面单色、发散单色和多色光束的衍射效率。结果表明:平面单色波的角和谱选择性随光栅厚度和空间频率而变化,角选择性的范围从低于0.01mrad到超过100mrad,谱选择性的范围从低于0.1nm到超过100nm;当光束的角发散或谱宽等于光栅的角选择或谱选择性时,光栅能提供超过88%的衍射效率;当光束的角发散或谱宽远小于光栅的角选择或谱选择性时,光栅衍射效率下降不明显,不到平面单色波的1%。

TiO₂-Ta₂O₅薄膜是较新颖的光学薄膜,由均匀混合的两种化合物薄膜材料作为膜料研制而成,本文采用离子辅助蒸发的方法,以不同配比的Ta₂O₅和TiO₂混合物为初始膜料在K9玻璃上制备了TiO₂-Ta₂O₅混合薄膜,并对其光学性能进行研究。实验结果表明,TiO₂-Ta₂O₅薄膜在可见光范围内有较高的透射率,消光系数在10^-3～10^-4数量级,折射率在1.80～2.07范围内变化(550nm),是理想的光学镀膜材料。随着Ta₂O₅含量从0增加到20%,光学带隙从3.266eV单调增加到3.417eV,并用Kayanuma提出的模型解释了透射谱中吸收边的漂移现象。

针对光强自相关函数与归一化光场自相关函数之间的关系,指出基线值的不同会影响到颗粒粒径和分散度的测量结果。分析了纳米颗粒尺寸和分散度测定的光子相关光谱技术中的累积算法。利用光子相关光谱技术对三种不同材料共五种尺寸的颗粒进行了测试分析,结果显示:测量基线方法不同,对应的基线值会不同,利用累积法反演得到的颗粒粒径和分散度的结果也会不同。从理论上分析了反演结果不同的原因。本文确认了自动斜率法是较恰当的确定基线的方法。

将小波和方向滤波器组结合,实现了一种非冗余的图像变换WDFB,它满足各向异性尺度关系,能更稀疏地表示诸如边缘和纹理等几何特征。利用WDFB的优势,提出一种基于形态学操作的有效的图像压缩算法。该算法利用重要树来表达子带间的相关性,同时采用形态膨胀算子来聚类子带内的重要系数。实验结果表明,新算法在PSNR指标上明显优于基于小波的压缩算法,尤其对于含有丰富纹理的图像。例如对于512×512的Barbara图,在0.25bpp压缩率下,新算法比SPIHT和MRWD算法的PSNR分别提高1.08dB和0.87dB。

针对红外图像的特点,本文提出了一种自适应红外图像直方图均衡增强算法。该方法根据原始图像的直方图,自适应地构造出一个加权函数对原始图像的直方图进行加权处理,然后采用加权后的直方图对原始图像进行直方图均衡化。算法不需要人为指定阈值,而且克服了传统直方图均衡提升红外图像背景的缺点。实验结果表明,该算法对红外图像具有较好的增强效果,能够有效地抑制图像的背景,突出目标。