针对传感器测量数据的不确定性,提出基于模糊贝叶斯网络的态势威胁评估模型。该模型首先将不确定性数据分为模糊域和概率域两大类,然后在模糊域使用模糊综合评判得到威胁目标的动态威胁度,接着运用可能性概率转换理论将模糊表示的动态威胁度转化成概率域知识,最后在概率知识域使用贝叶斯网络推理算法得到目标的威胁等级。实例计算表明,该方法能够较好的反映威胁源的威胁等级,为**系统选择跟踪打击目标提供决策依据,具有一定的实用性。

针对传统轮廓描述子不能识别相似样本或者确定图像方向复杂等一系列缺陷,本文提出了基于主轴归一化方法的轮廓扇区投影-小波描述子。该方法根据图像识别中的畸变不变性原理,采用先位置、大小、方向归一化,后扇区投影和小波分析的方法。该描述子不仅能消除掉主轴归一化方法的不精确性对轮廓描述的影响,而且还能够解决傅里叶描述子和环投影方法不能解决的一些特殊轮廓样本的分类问题。实验结果表明,无论是差别比较大的轮廓样本还是差别细微的轮廓样本,扇区投影-小波描述子都有着很好识别效果。

本文提出了一种新颖的基于抛物线拟合原理的亚像素求取算法。为了简单快速的获得亚像素定位精度,本文根据相关峰所呈现出的特性,用抛物线拟合经相关峰顶点切开的纵切面轮廓。沿不同的方向纵切,就可获得不同方向上的拟合抛物线,而根据每一条拟合抛物线可获得其对应顶点。最后根据所获得的点,进一步求取到各点距离之和的最小值点,其对应位置即为所求。从而实现了以点来描述线(每个点代表一条抛物线),以线(所有的拟合抛物线)来描述面的思想,以便于更真实详细的描述相关峰顶点附近峰面所呈现出来的特性。实验证明,该算法具有较高的亚像素提取精度,能达到0.01级别的像素精度。

本文对医学图像先采用DPCM预测变换后,再选择IWT(整数小波变换)对其进行分解,对分解后的低频和高频子带分别作无损Huffman编码和有损矢量量化。根据小波分解后系数的分布特征,能量大部分集中在低频部分,对低频进行无损熵编码,对高频采用量化处理,去除人眼不敏感的冗余信息。最后利用处理过的低频和高频系数进行重构获得压缩后的图像。并与传统的离散小波变换压缩编码,JPEG和JPEG2000进行比较,实验结果表明,利用该方法能得到较高的压缩比和较好的压缩效果。

为了复原模糊图像以得到可辨识的目标,分析相机与目标高速相对运动时产生的两种模糊性质,针对其退化函数难以确定的特点,提出一种基于图像插值分析的交互式分层复原方法,该方法首先对图像进行插值,以提高对低分辨率图像退化机理的分析能力,并在分析的基础上进行图像预处理。然后在图像复原的优化准则下,交互地选择出降质模型的最优参数组合,以得到两个降质函数,最后对原图像实施分层复原。对仿真图像进行实验,基本上恢复了目标图像的特征,证明该方法复原效果比较理想。

本文主要研究基于图像的强空域杂波背景下微小目标检测。本文提出了一种新的基于邻域梯度差平方累积函数最小原则的背景杂波自适应预测算法。该算法能显著改善微小目标的信杂比(SCNR)。试验证明,本算法相对于已有的多种算法,有着更好的性能。本文还引入了一种基于统计分析的快速检测算法,该算法能在较低的虚警概率情况下,获得更高的检测概率。理论分析及仿真表明,本文提出的检测系统在微小目标检测中,具有很高的实用性。

使用多尺度Harris算子检测图像的角点作为初始兴趣点。针对自适应非极大值抑制排除了大量潜在匹配点的缺陷,引入条件理论对初始兴趣点进行控制,排除病态点,减少后续过程的计算量,提高算法效率,同时最大限度的保留了匹配点。满足条件理论控制下的特征称为良态特征。由于初始Harris角点的位置会发生偏移以及有伪角点产生,所以利用亚像素定位技术进行精确定位,并排除伪角点和不稳定的角点。使用PCA-SIFT对特征点及其邻域进行描述获得特征向量。最后通过向量之间的欧几里德距离判断特征点是否匹配。实验结果表明算法效率改进明显,匹配效果良好,对图像的几何变换、噪声及光照变化等具有较强的鲁棒性。

针对红外和可见光图像的特点,结合Mitianoudis提出的ICA域图像融合方法,本文提出了一种改进的ICA域多模图像融合算法。该方法根据Mitianoudis的方法,通过训练得到的基函数对图像进行线性变换,在变换域中将图像分割成不同的区域,对活跃区域采用绝对值取大的融合规则,而对非活跃区域则按照目标传感器图像的区域分割结果分别采取不同的融合规则,最后反变换得到融合图像。实验结果表明了本文方法的有效性。

提出了通过分析转炉炉口辐射的光谱图像信息,实现转炉炼钢在线终点预测的方案。在该方案中,设计了火焰光强和视频捕获系统,通过编写相应代码,对采集数据进行分析,实时得到了吹炼过程中光强与图像特征值的变化情况,与经验炼钢的依据相符。通过统计逆向分析,选用几种特征变量,运用多元回归方法建立起不同炉次终点时刻的数学模型。模型通过了显著性检验,当误差不大于4s时,模型的预测精度为90.4%,为在线动态预报转炉炼钢终点提供了一种便捷的方法。

在虹膜预处理时首先将定位后的虹膜均分8层,然后每层虹膜采用不同的标准分别进行归一化,将虹膜展开为阶梯状,改善了传统归一化造成的图像数据重复或缺漏。利用2D Gabor函数的频率选择性,分别在不同的空间频率段上提取虹膜图像特征并进行识别,通过对不同频段上的识别结果进行比较,获得了虹膜纹理的空间频率特性。实验结果表明,在空间频率为0.005～0.04的频段上,能够有效提取可用于识别的虹膜纹理特征,高效率实现虹膜识别;而在低于0.005和高于0.04的频率区间提取的特征主要为图像噪声,无法有效识别虹膜。

目标搜索和跟踪一体化的光电探测系统常采用二维指向镜与面阵凝视成像探测相结合的技术方案。本文在光学矢量反射理论的基础上,对二维指向镜的成像特性进行了分析,给出了扫描轨迹的计算,指向镜摆动角度与视线角之间的关系。当指向镜绕两轴转动时,物体反射像也随着指向镜的转动产生像旋,扫描轨迹呈非线性变化。文中讨论了多元探测器像旋角的计算和对跟踪系统的影响,为软件校正像旋和二维控制实现精确跟踪提供理论参考价值。

针对使用常规的基于能量累积最大化的动态规划算法累积能量时效果较差的缺点,结合已有的动态规划算法,提出一种新的基于状态稳定性的动态规划能量累积算法。该算法根据目标运动时灰度值的稳定性和运动轨迹的连续性,分别计算能量稳定概率和方向稳定概率;采用信息融合的思想计算出状态稳定概率;累积状态稳定概率最大的候选累积点的能量。实验结果表明,算法较好的解决了目标能量累积时的能量扩散问题,目标信噪比为2.5时能量扩散区域减少10倍;在累积5帧,目标信噪比小于2.5时,仍能稳定地使信噪比提高1.5倍;使用阈值分离目标时虚警点个数平均减少10倍以上。

针对天基平台探测深空运动目标的特点,本文简要介绍了天基空间目标监视系统工作在凝视成像模式下检测深空运动小目标的方法,在此基础上探讨了基于图像配准技术检测运动小目标方法在天基空间目标监视系统中的应用。本文提出一种星点间部最小距离特征的概念,构建局部最小距离特征的算法。该方法根据点群间的相对位置关系,采用递归搜索的方法构建特征。实验结果表明,局部最小距离特征在星图中分布均匀,实现了星图序列的快速配准,为基于图像配准技术实现运动目标检测的方法提供了保障。

针对弹体耦合干扰力矩、摩擦力矩及参数扰动对导引头伺服系统跟踪性能的影响,基于输出多采样和区域极点配置技术,研究了导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制,给出了确定控制器参数的方法。所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的,且无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器,因而无须伺服机构中安装测速单元,有效节省了机构的体积和重量,有较强的实用性且易于实现。仿真结果表明,所设计的控制器对弹体耦合干扰力矩及系统参数扰动有较强的鲁棒性,且具有较高的跟踪精度,因而在导引头伺服系统这类对体积和质量有严格限制的伺服系统中具有较好的应用前景。

稳像平台速度环的性能直接影响成像质量,本文提出了一种基于Elman网络和PD复合控制的自适应逆控制算法。通过对Elman网络模型和控制对象的分析,设计了独立的指令跟踪回路和干扰抑制回路,并将逆控制和PD复合控制思想应用在干扰抑制回路中,实现了Elman网络在线学习和对被控对象的在线辨识。仿真实验结果表明,该方法能有效克服系统慢时变、干扰等非线性因素的影响,增强系统的鲁棒性。

针对自适应光学系统对波前处理机高计算量、高实时性的要求,本文提出了一种基于脉动阵列的自适应光学实时波前处理方法。该方法将脉动阵列的概念引入波前处理机设计,完成了波前斜率计算、复原运算和控制运算向脉动阵列的映射,合理地建立了数据的深度流水线,同时分析了以FPGA技术实现时系统的计算延时。对于48个子孔径、61单元的自适应光学系统,以一片Xilinx Virtex-ⅡXC2V3000芯片实现了基于脉动阵列的实时波前处理机,实验测得计算延时仅8.6μs,结果表明该方法能极大地提高系统的实时性、集成度、通用性和扩展性。

针对红外图像对比度差、边缘模糊的特点,提出了一种基于时空联合的红外序列图像目标提取的新方法。算法充分利用了红外目标的亮度特征、背景信息以及运动信息。时域分割中通过建立帧差图像背景的高斯分布模型,采用变化检测模板来确定红外目标约束区域。然后,构造图像像素与区域之间的空间关系隶属度矩阵并约束到传统的模糊聚类算法中,空域分割则利用该模糊聚类来对目标约束区域进行有效分割。最后将时空分割结果融合便能实现最终的红外目标提取。实验结果表明,该方法简单有效,能准确提取动态场景中的红外目标。

本文提出一种基于目标检测的多维假设多目标检测和跟踪方法,此算法对于序列图像的照明变化和遮蔽现象具有很高的鲁棒性。首先,对序列图像进行背景抑制、时域滤波和杂波剔除的预处理,得到单帧的初始目标检测结果。对于初始检测中存在的漏检和误检现象,采用基于假设理论的跟踪概率模型优化初始检测轨迹;将目标的跟踪信息反馈于目标检测模块,形成一闭环自适应跟踪系统,达到多目标的最优检测和跟踪。实验结果表明了所提出的方法在多目标检测和跟踪中的可行性和有效性。

提出并研究了基于环形光电探测器的多目标探测与跟踪技术。首先提出了一种基于6片线阵CCD的环形探测器设计。该探测器中的每一线阵CCD光学系统的光轴均通过探测器中心点,且任意两光轴之间的夹角为60°,形成具有360°视场的环形探测结构;提出了基于目标信号脉宽判据、基于目标信号水平尺度比率的复合判据,研究了适用于环形探测器的多目标快速识别与跟踪算法;建立了硬件实验系统,并进行了功能验证实验,实验结果表明:所提出的环形光电探测器及算法设计可实现多个运动目标的探测与跟踪,在目标机器视觉、虚拟现实等领域具有潜在的应用前景。

针对采用方波偏置调制、阶梯波反馈调制方案的全数字闭环光纤陀螺"死区"现象的机理进行了实验和仿真研究。为了考察闭环检测反馈环节对干扰的影响,在开环检测的状态下,叠加了长周期固定台阶高度的数字阶梯波,得到阶梯波总高度和开环输出之间的相关性,建立了含干扰通道的光纤陀螺开环检测模型。根据形成数字阶梯波电压大小的等价性,将上述开环模型转换为闭环模型,对闭环简化模型进行了理论分析和仿真计算,并与闭环"死区"测量曲线进行了对比。实验样机阶梯波电压和开环输出线性相关系数为0.97,根据开环测得的耦合系数仿真出的闭环"死区"范围与实验值相差6.7%。结果表明:干扰随阶梯波电压线性变化是闭环光纤陀螺"死区"产生的机理之一。

针对光纤陀螺温度漂移的补偿问题,本文提出一种线性多变量光纤陀螺温度漂移建模方法。建立的模型由两部分组成:陀螺输出的自回归项和温度梯度的多项式分布滞后项(PDL)。自回归项描述光纤陀螺历史输出对当前输出的影响,PDL项描述由温度变化引起的陀螺漂移。根据模型的线性特性,采用最小二乘法确定模型参数。用实测的光纤陀螺温度漂移数据进行了模型的有效性验证。实验结果表明,提出的线性多变量模型能有效补偿光纤陀螺的温度漂移,补偿后光纤陀螺的精度提高50%以上。

针对Zernike多项式仅在连续单位圆上正交,用于在离散点上构造光学波前必然会引起误差的问题,本文提出用能够在离散点上正交的多项式来模拟经过大气湍流的光学波前。该方法根据湍流的统计理论,采用Gram-Schmidt正交化方法,构造了Malacara多项式表示的湍流波前,并进行了数值模拟。将模拟结果与直接用Zernike多项式模拟的结果进行了比较分析,结果表明:在相同的条件下,该方法的模拟结果更接近统计理论值。

本文从莫尔偏折技术的基本原理出发,结合镜片屈光度的概念,分别从泰伯效应与光栅遮光阴影原理相结合以及菲涅耳-基尔霍夫理论的角度推导了变形后的莫尔条纹倾角与被测镜片屈光度的关系。两种方法推算结果是一致的,即:镜片的屈光度与透过镜片后产生的莫尔条纹的倾角的正切成正比。对影响镜片屈光度测量误差的几个参量进行了讨论,理论分析表明,选用合适的光栅周期,设定合理的两光栅间夹角,莫尔偏折技术用于测量低屈光度及中高屈光度的镜片具有很高的测量精度。最后给出了测量单光镜片、非球面镜片和渐进多焦点镜片的莫尔条纹图,并进行了分析讨论。

介绍了彩色面结构光栅投影轮廓术的基本原理,该原理在投影光栅方面采用正弦编码的投影光栅,这样可以采用快速的直接光栅条纹解调的方法,实现了对被测物体单视角数据的测量,并对标准台阶进行了测量。分析了测量过程中存在的误差及其产生的原因;并针对各种误差提出了相应的改进或克服方法;最后,使用该方法对具有复杂自由曲面的脚型进行了测量,实验结果表明:该方法能够快速、准确地获取被测物体的三维数据。

从大景深成像系统实际所需要的景深、分辨率以及最小调制传递函数MTF响应值出发,本文建立了相位模板的个性化优化设计模型。在设计景深、分辨率范围内,以保证系统的MTF值大于设定的最小MTF响应值为优化限制条件,以不同离焦对应的光学传递函数的Fisher信息的积分作为优化目标函数。对波前编码系统的立方相位模板CPM和指数相位模板EPM进行了几组优化设计。同时,给出了后续的图像复原滤波器表达式。结果表明,得到的个性化相位模板和图像复原的结合,能够满足系统的实际需求,系统总的传递函数接近衍射受限系统的传递函数。

针对数码成像系统在大动态范围场景下存在的对主体曝光不足或曝光过度的问题,本文提出了一种新的自动曝光控制算法。该方法将图像窗口分割成M×N个矩形块,利用大动态范围场景中主体与背景之间所具有的较大的对比度,采用一个主动搜索的过程将主体鉴别出来,随后根据主体与背景之间的亮度关系对光照条件进行判断,并且在计算图像整体亮度水平时赋予主体与背景相应的权重从而更多地反映出主体的信息。实验结果表明,算法对所有的评估场景都做出了正确的光照条件判断,其在大动态范围场景下拍摄的预览帧数和曝光误差分别小于8.8帧和6.56%。

斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态。设计了一个分振幅光度式斯托克斯参量测量系统,在分束镜之间加入1/4波片,使光路在同一平面上。用4个性能一致的探测器同时测量4束与斯托克斯参量有关的光束光强,用偏振片和1/4波片组合产生已知的偏振态来定标该系统,通过矩阵计算,实现快速测量光束的斯托克斯参量,从而确定光束的偏振态。实验结果表明,测量装置构建容易,调节方便。斯托克斯参量的四个分量测量实验值与理论值的偏差小于6%。

使用自行研制的推帚式显微高光谱成像系统采集了正常、白血病人血液涂片的显微高光谱图像数据。通过对正常、白血病人血液显微高光谱数据进行处理,获得了人血液的单波段图像,并提取了部分血液细胞的典型透射率光谱曲线。分析这些曲线发现,病变细胞透射率普遍高于正常细胞,特别是在541.3nm附近透射率高出了50%左右。通过对血液涂片的图像和光谱特征进行分析表明,经过一定的改进,可以将显微高光谱成像系统作为一种新的检测手段,辅助医学研究人员对人血液进行分析。