针对电液位置伺服系统,提出了一种内模控制器设计方法。内模控制作为一种先进控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆。考虑到内模控制对系统模型精度要求不高的特点,本文降阶简化了电液伺服系统的模型。基于此模型所设计的控制器,只有一个可调参数,且该参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,整定方便,避免了控制器整定的随机性与复杂性。仿真研究和实验结果表明,内模控制可以有效地克服参数变化对系统性能的影响,使系统同时具有良好的目标值跟随特性和鲁棒性,实现了调炮误差小于±0.36mrad的高精度要求。

为深入分析双纵模稳频氦氖激光器的稳频机理和精度误差,本文提出了双纵模产生的必要条件:内腔型激光器和谐振腔长在100～300mm之间。按照激光器的工作过程,稳频分为三个阶段:跳模、过渡阶段,模式稳定。结合激光原理和热力学理论,根据光电探测器的电压变化,阐述了稳频机理。拍频实验结果表明,激光器的频率稳定度高达5×10^-10。通过误差分析,确定稳频精度仅取决于腔长的变化量,且增加腔长,有助于增加频率稳定度。该方法锁定时间短。

目前基于重叠体光栅的相干组束系统还没有完整的理论模型和参数分析,针对这个问题,本文采用耦合波理论,建立了比较完整的基于重叠体光栅的双光束组束模型,给出了各光束在重叠体光栅内传播的解析解。模型表明,基于重叠体光栅的双光束组束系统其输出光强受两入射光的振幅和位相、体光栅间的相移和折射率调制振幅、光栅厚度、失谐量等多个光学参数的影响。通过数值计算,详细分析了各光学参数对组束结果的影响。最后总结了设计高效重叠体光栅相干组束系统时必须遵循的条件,如必须对光栅厚度进行优化、各光栅的折射率调制振幅必须相同、保证失谐量足够小等。

对高强度超短脉冲单块BBO晶体产生三倍频的过程进行了理论及实验研究。定量分析入射基频光强度、晶体厚度、晶体失谐角和方位角等因素对三倍频光转换效率和时间波形的影响,并对实验参数进行了优化。针对脉冲宽度100fs、带宽25nm、中心波长810nm、能量为6mJ左右的超短脉冲基频光,采用单块BBO晶体开展了三倍频实验研究,获得了0.8%的三倍频转换效率,并对实验结果进行了分析。在此基础上,进一步提出了提高单块BBO晶体超短脉冲三倍频转换效率的改进措施。

本文提出了一种基于最小一乘背景预测的红外小目标检测算法。首先在建立最小一乘准则背景预测模型的基础上,根据最小一乘估计的性质,应用线性规划的方法解决最小一乘估计中极值的选取问题;然后将原始图像与预测图像相减得到预测残差图像;最后利用基于二维指数熵的图像阈值选取快速算法进行分割。文中给出了实验结果与分析,并与基于最小二乘背景预测的检测算法作了比较。实验结果表明,本文提出的算法具有更高的检测概率,优于基于最小二乘背景预测的检测算法。

针对红外焦平面阵列非均匀性线性校正方法存在较大误差,而考虑非线性响应的校正算法又过于复杂,难于在实际工程中获得运用等难题,本文提出一种易于硬件实时处理、校正精度较高的红外焦平面阵列非均匀性非线性校正新方法。在介绍非线性校正新方法原理的基础上,推导出其数学模型,并给出实验结果。实验结果表明该校正方法的校正精度达到1.2%,校正过程中需要存储的参数仅为4个/像素,易于硬件实现实时校正。

针对光学倍乘法生成的毫米波幅度难以调整到最佳的问题,提出使用双电极Mach-Zehnder调制器生成毫米波的方案。光波进入双电极调制器分为两路分别由两反相的微波信号调相,叠加后产生FM-IM转换效应,经光电转换后产生的高次谐波含有毫米波成分,只需调整调相指数就可使所需的毫米波幅度最大。另外还提出用子载波调制并充分利用MZ强度调制器的非线性特性实现为上行链路提供远程本振的方法。仿真系统实现了数据在上下行链路的传输,证明基于该毫米波生成技术和远程本振产生方法的毫米波ROF系统的可行性。

针对目前全光波长变换大多是利用半导体光放大器来实现的现状,本文提出了基于掺饵光纤放大器(EDFA)和非线性色散光纤(NDF)的全光波长变换。该方法利用抽运光和信号光同时输入NDF中时,NDF中产生的四波混频效应(FWM)能有效的产生新的光波,从而实现全光波长变换。文中首先介绍了利用OptiSystem软件成功实现了全光波长变换的仿真,接着在实验室中通过利用掺饵光纤放大器以及G655实现了全光波长变换。获得了最高-16.7dB的变换效率。实验结果表明,无论是理论模拟还是在实验室均获得了清晰明显的波长变换波形。

为了给增强现实系统提供一种直接、自然及双向的交互手段,本文将视线跟踪技术和增强现实技术相结合,提出了基于视线跟踪的增强现实集成原型系统,该系统既能跟踪用户的视线方向,获得用户在场景的感兴趣区域,又能体现增强现实系统的特点。针对集成系统的基本要求,结合光学透视式头盔显示器的虚拟摄像机模型,详细介绍了系统的原理,光路设计和虚拟信息注册算法。实验结果表明,集成系统达到了良好的人机交互效果,为视线跟踪与增强现实技术的广泛应用奠定了良好的基础。

为了修正广角镜头的桶形畸变,本文提出了一种基于样条函数的修正方法。依据镜头桶形畸变产生的物理机制,本文首先制作了一个同心圆标定模板并用该模板对广角镜头进行标定。然后利用样条函数的光滑性和桶形畸变的径向连续性,采用三次样条函数拟合桶形畸变规律。最后,用该样条函数拟合的桶形畸变规律对同一个视觉系统拍摄的变形图像进行恢复。在实验中,该方法能够对畸变图像进行快速恢复并表现出良好的效果。因此对于固定焦距视觉系统,在不考虑视觉系统具体参数的情况下,新的方法能够快速有效地对广角镜头桶形畸变进行修正。

为了稳定跟踪空中具有强机动特点的战斗机目标,提出了一种图像梯度特征相似性度量算法,并利用空中目标梯度空间分布特点构造了一种自适应调整模板尺寸的方法。在传统MAD相关匹配算法的基础上,通过引入梯度匹配权值模板,实现了对梯度特征的相似性度量。在跟踪过程中利用目标梯度空间分布局部占优的特点,构造能够反映目标尺寸的特征分布曲线来估计目标大小,调整匹配定位时的目标模板尺寸。仿真结果表明,跟踪算法能够适应飞机在做强机动时产生的快速形变,以及由形变带来的目标自身灰度的剧烈变化,实现了对目标的稳定跟踪。

针对复杂背景下运动目标跟踪这类问题,提出了一种显著性加权最小二乘图像匹配跟踪算法。新方法首先根据目标上不同区域和背景的差别大小,给每个目标区域赋予不同的权值。然后将权值与最小二乘图像匹配算法结合起来对目标进行跟踪。实验中将本文算法与三种经典跟踪算法进行比较,实验结果表明,在复杂背景下,新算法仍然可以有效、准确地跟踪运动目标,而经典算法均出现问题。新算法的单帧处理时间也可以满足实时处理要求。

针对雷达与红外传感器的时间和空间偏差配准问题,给出时空偏差配准模型,提出了一种时空偏差实时估计算法。该算法将目标的运动状态和传感器偏差组合在同一状态方程中,构建扩维状态的系统动态方程和量测方程,并通过对量测方程的非线性分析,采用UKF和KF两级滤波的方法进行目标状态和配准偏差的联合估计。仿真结果表明,与采用UKF滤波的方法相比,该算法具有更高的估计精度,而且减小了计算量。

求解l维空间的一点到二次曲面的距离是基于聚类的模式识别的一个难题。后者在航天器激光威胁告警中具有重要的应用。本文证明在A的特征根相同的情况下如此的代数方程仅有一个根,并给出求解此根的迭代算法。在A的特征根同号的情形下给出Lagrange乘子的上下界,对于采用二分法求解Lagrange乘子提供了可能和便利。该问题的解决为激光探测和激光告警提供了一种新的途径。

波前复原算法是自适应光学波前信号处理的中枢部分。针对波前复原算法计算量大、算法简单规则的特点,本文研究了波前复原部分的并行算法以及复原矩阵的子孔径行系数簇变换和循环矩阵分解法,同时建立了基于控制流的波前复原脉动阵列。针对一套128单元自适应光学系统,进行了基于控制流波前复原脉动阵列和传统复原脉动阵列的实验研究,实验结果表明基于控制流的波前复原脉动阵列在实时性上略逊于传统脉动复原阵列,资源占用仅为传统脉动复原阵列的几十到几百分之一。

SBV是目前已成功应用于空间目标监视的典型天基光学传感器,通过被动探测空间目标反射的太阳光线辐射,完成对其探测、捕获和跟踪,并收集各种空间目标的观测数据。本文首先对SBV特点和性能进行介绍,然后以其为系统原型对天基光学空间目标监视信息处理流程和特点进行分析,提取相应关键技术,包括目标检测与恒星提取、编目维护与更新以及目标亮度特性分析等,并就其技术难点和发展趋势进行探讨。

针对空气痕量气体中甲烷含量低、吸收弱,在非分散红外甲烷检测系统中噪声干扰大的问题,本文提出了利用气体滤波相关检测技术去除背境噪声干扰来提高检测能力的方法。该方法依据气体对红外辐射的特征吸收和相关运算的原理,结合了先进的气体滤波技术和相关检测技术,实现了对微弱光谱信号的调制和检测,最后实现了对浓度的反演,从而达到了甲烷气体实时、快速在线检测目的。试验结果表明,系统有10ppb的测量精度。

镀膜玻璃可见光透射比是其光学特性的重要指标之一。本文提出一种玻璃透射比光电积分测量法。与传统光电积分法相比,该方法一次性解决了实验光源与CIE标准照明体、光探测器的光谱灵敏度与CIE光谱光视函数不匹配的问题。给出了该方法中设计校正滤色器光谱透射比的基本算式,并用相对误差最小对校正滤色器进行优化设计,得到了较为满意的结果。实验表明,该方法测量误差为±1%,小于国标标准要求的±2%。利用该方法所设计的测量装置结构简单,测量速度快,开发成本低,有可能应用于在线快速的质量检测。

本文在分析完整的摄像机镜头畸变模型的基础上,提出了一种新的标定算法。该算法包括三个步骤,首先在不考虑镜头畸变的情况下利用标定块上的中间若干个点,采用线性优化方法求出除畸变系数以外的其他外部参数和主要的内部参数;然后固定上述已求得的参数,利用线性优化方法求解畸变系数;最后对所有内部参数和外部参数进行全局非线性优化。最后对本文的标定算法进行了标定实验,实验结果表明,本文算法的标定精度可以达到0.0367mm,可以满足高精度三维测量及其他应用的要求。

为了减小传统跟踪滤波算法线性化误差,提高光电跟踪系统的跟踪速度和跟踪精度,本文在三维空间中,提出了二阶去偏转换测量卡尔曼滤波算法。该算法利用二阶泰勒展开的方法,推导出了光电跟踪系统观测方程的转换测量值误差的均值和协方差矩阵表达式,并对测量误差进行去偏差补偿处理,再经过转换测量卡尔曼滤波,可显著减小传统滤波算法的线性化误差。仿真结果表明,二阶去偏转换测量卡尔曼滤波(SCMKF)算法的跟踪精度优于非去偏转换测量卡尔曼滤波(CMKF)和扩展卡尔曼滤波(EKF),以及unscented卡尔曼滤波(UKF)算法,并且具有更快的收敛速度,和采用统计方法的去偏转换测量卡尔曼滤波(DCMKF)的跟踪精度相当,但计算简单,提高了跟踪速度。

针对当前各类测距方法的缺点和不足,提出了一种基于相似原理的新型双目测距法。介绍了该方法的原理,并推导了距离的计算公式。由于该计算公式不便于直接在工程中应用,又提出了一种实验方法来实现新型测距法的工程价值。为验证该方法的实用性,进行了两组实验。实验结果表明,该方法在中短距离上可以实现较高精度的测量。该方法成本低,适用于移动机器人的视觉测距系统,并可以使机器人同时获得望远镜和广角镜能力,提高了其感知世界的深度和广度。

针对数字水准仪如何实现自动化读数问题,根据"用不同宽度的条码组合来表征数字水准仪标尺面的不同高度位置"的编码原则,研究了双正弦条码标尺应用于电子水准测量中实现标尺自动化读数的定位原理。基于两正弦信号的相位差和采样值组合都分别与标尺位置一一对应的关系,讨论了两种不同参量的自动测量算法,推导并给出了计算公式,一种方法是采用傅里叶变换和线性换算解码读数,另一种方法是利用条码图像宽度匹配和几何法解码读数。根据两种解码方法各自的特点,选取相应的信号参量设计出合适的条码。条码读数模拟实验结果表明了两种解码算法的有效性。

针对硬件实现过程中双正交叠式变换(LBT)的浮点算法复杂度较高、二进整数算法的精度较低的问题,提出了LBT的定点实现算法。该算法根据Q格式数对浮点数的近似,采用定点逼近旋转矩阵中的三角函数值。并对该算法在TMS320C6000系列DSP实现中的并行计算问题进行了研究,通过任务划分、复合指令、软件流水等方式提高算法实现速度。该算法已在某侦查卫星数据压缩样机中实现,实验结果表明,它是一种有效的图像压缩变换,压缩质量接近CDF9/7小波,计算复杂度非常低。

在实际高分辨率室内视频监控中,运动物体构成了视频监控的主要内容。本文基于感兴趣区域的检测与恢复,提出了一种高分辨率室内视频监控图像序列的编码新方法,通过对象提取实现基本层和ROI层双层码流传输,其中基本层实现低分辨率图像内容传输,而ROI层用以进行高分辨率图像恢复。新方法有效地降低了视频编码计算复杂度、提高了编码效率。

本文提出一种方向梯度能量分形特征提取方法用于目标的特征描述。该方法中,提出了方向梯度能量、方向梯度总能量、总方向梯度能量、方向梯度能量分形特征、复数分形特征等的概念和算法,分析并得出了方向梯度能量分形特征的性质,提取了二维目标的分形特征用于SAR图像目标检测。理论分析和实验结果表明,采用这种方法能够有效地检测不同形状和不同尺寸的目标。同时,这种方法还具有编程简单、运算速度快等优点。

本文在大量调研国内外的相关算法的基础上,介绍了图像拼接的算法分类,并提出了一种基于灰度似然曲线的寻找匹配点的改进算法。其算法原理为首先进行匹配点的粗匹配,再进行改进后的似然曲线快速拼接,其不但保持了原始算法的精度,而且大大的加快了速度。通过仿真实验,在精度不变的情况下,对应于不同图像,速度较原始方法提高了约60%。

本文以过渡区域的阈值分割算法为基础,提出了实现该算法的阈值自适应计算方法。这种非交互方法避免了图像分割中人工干预阈值的选择,同时能够有效获取接触斑点的理想数字边缘。在接触斑点真彩色图像的256色灰度化预处理过程中,根据数理统计思想,针对具体真彩色图像,实现了三原色系数的自适应计算,所获得的预处理效果为后续的图像分割提供了完整的图像信息。实验表明,本文所发展的锥齿轮接触斑点的数字边缘提取方法,具有良好的适用性和针对性。

针对人耳识别问题,提出了一种自动提取人耳解剖学结构特征点的方法。首先对包含耳廓区域的侧脸图像进行预处理消除噪声和毛刺现象;然后把2D灰度侧脸图像看作是一个曲面,则利用曲面上位于边缘处的灰度变化较大,因此该位置的曲率就会大于周围灰度变化平坦位置处的曲率的性质,求曲面的最大主曲率和最小主曲率;最后通过自动阈值分割对两幅曲率图像进行阈值化,并进行融合得到耳廓解剖学特征边缘信息。实验表明,用该方法提取的结构特征边缘曲线光滑、连通性好,不受光照强度变化的影响,满足下一步识别的要求。