空间变化PSF(Space-variant Point Spread Function，SVPSF)图像，即物空间各点的退化随位置的改变而改变的图像，由于其复原技术涉及到多个甚至海量PSF 的提取、存储和运算，相对于空间不变PSF(Space-Invariant Point Spread Function，SIPSF)图像复原要困难得多。目前处理此类图像的主要方法包括空间坐标转换法，等晕区分块复原法，以减少数据存储量，降低计算量，提高收敛速度为目标的直接复原法等。本文回顾了这一课题的研究历史，对目前的研究工作进行了分析和总结，介绍了本实验室提出的结合GRM(Gradient Ringing Metric)评价算法的总变分最小化图像分块复原法，并提出了未来工作关注重点的展望。

针对某空间光学遥感器的圆形球面反射镜设计了一温升变形调节柔性结构件，对其力学模型及柔节参数进行了理论分析，并采用计算机辅助工程分析技术(CAE)对反射镜组件结构进行建模和仿真分析，以解决反射镜在力学环境下满足结构刚度要求，而热环境下面形精度显著超差的状况，使反射镜结构刚度满足力学要求的同时，具有良好的热尺寸稳定性，达到遥感器成像质量要求。分析结果表明：在柔性结构的调节作用下，反射镜在力和热两种环境约束工况下，面形精度满足成像质量要求,PV 值均小于63.2 nm，进而说明了这种柔性调节结构在实际结构中是合理可行的。

大口径望远镜主镜的面形精度是影响望远镜成像质量的关键因素之一。光电系统中主镜轴向支撑点位置，对面形精度起着非常重要的作用，主镜支撑点位置合理与否，在一定程度上影响着光学系统的成像质量。本文对大口径望远镜主镜的轴向支撑和径向支撑技术进行了详细地研究，利用有限元软件ANSYS 建立了主镜的参数化模型，对不同口径主镜的轴向支撑点数目和位置进行了优化，从而给出了最佳支撑点的位置。优化分析结果表明了，主镜的面形精度满足系统的精度要求，并且轴向支撑对镜面的面形影响较大。

针对磁流变抛光去除量与驻留时间呈线性关系特点，本文以Preston 方程为依据，根据磁流变抛光专用机床的运动形式，提出了基于矩阵的磁流变抛光驻留时间算法，该算法通过调整各点驻留时间控制光学器件表面的去除量，达到面形误差修正的目的，适用于非球面等可用通用光学方程表示的回转对称曲面。仿真实验结果表明，采用该算法仿真加工可以使球形表面面形误差收敛至十几个纳米。通过对K9 光学玻璃球面进行的磁流变抛光实验，获得了表面粗糙度Ra0.636 nm 的球形表面，面形精度P-V 值由抛光前的158.219 nm 减小到52.14 nm，验证了驻留时间算法的合理性。

为了解决新型优质光学材料—反应烧结碳化硅(RB-SiC)由SiC和Si两相结构引起的光学表面缺陷问题，提出了反射镜表面改性方案并且从加工工艺的角度介绍了改性工艺流程。以空间反射镜的使用环境为依据，对几种适用的RB-SiC改性材料进行了较为全面的分析比较。本文采用新的离子辅助沉积碳化硅(IAD-SiC)材料为改性层，对改性层的表面形貌及部分性能进行了测试，证明IAD-SiC膜层能够满足改性要求。在厚度为(6±0.5) μm 的IAD-SiC膜层表面进行了一系列抛光工艺实验，文中给出了超光滑表面抛光工艺参数和实验结果。对改性层进行精抛光后，100 mm口径样片的面形精度为0.033λ RMS(λ=632.8 nm)，表面粗糙度优于0.5 nm RMS。结果表明，本方法不仅可以很大程度提高元件表面质量，还可以进一步精修面形，为超光滑、低散射RB-SiC反射镜的加工提供了一条可行途径。

：探讨实现空间滤波的新方法，分析体布拉格光栅作为空间滤波器的可行性，基于Kogelnik 一维耦合波理论，讨论影响体布拉格光栅衍射效率和角度选择性的主要因素。用全息法在光致聚合物中记录了体布拉格光栅，完成了激光光束二维空间低通滤波的实验。实验结果表明：在记录材料达到饱和状态之前延长曝光时间能提高衍射效率；增大入射角度能使角度选择性提高，但由于吸收加大，衍射效率反而会有所下降。因此，体布拉格光栅用作空间滤波器时要对衍射效率和角度选择性作综合考虑。

提出了一种基于形态学膨胀操作和差分缩减的DCT 域图像编码方法，该方法根据块内DCT 系数的聚集特性和块间DCT 系数的相似性，使用形态学膨胀算子优化DCT 重要系数的编码，并对重要性检测和符号编码精心设计了上下文自适应算术模型，有效去除了块内、块间DCT 的统计相关性；使用差分缩减方式对各DCT 系数聚类簇的起始位置和稀疏系数进行编码，提高对不重要DCT 系数的编码效率；算法还结合预处理和后处理滤波器，进一步提高编码效率的同时可有效抑制解码图像的方块效应。编码器基于位平面实现，码流具有渐进性。实验结果表明本文算法的编码性能普遍优于目前主流的图像编码器，例如在0.25 bpp 下，Lena 和Barbara 图像的峰值信噪比分别较JPEG2000 提高0.4 dB 和1.7 dB。

：设计了QVGA 分辨力硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon)微显示芯片，采用比较器与计数器相结合的D/A 转换方式，降低了芯片的功耗和电路的设计难度；设计了QVGA 微显示芯片视频驱动系统，以CPLD 为核心控制单元搭建了视频显示驱动板，接收计算机输出的VGA 显示信号，经过控制单元进行行列变换与时序处理，驱动LCoS微显示芯片显示视频图像，测试结果表明显示芯片像素点灰度响应正确，符合液晶材料要求，能够显示分辨力320×240、帧频60 Hz 的动态视频，视频显示响应速度快，显示功能符合设计要求。

为了解决红外探测器生产、科研和测试中对响应均匀性、一致性和成品率的要求，用可调制半导体激光器替代黑体辐射源，设计了一套红外探测器表面响应测试系统。该系统应用计算机技术控制二维扫描平台，完成探测器平面的响应数据采集，通过VB 调用MATLAB 三维图形输出技术，直观的反映出探测器表面的响应情况。该系统自动完成整个测试过程，测试精度达到了0.001 2 V，为探测器的自动化检测和科研提供了先进的方法和测试平台。

提出了一种利用三维人脸模型匹配二维人脸图像的分层人脸识别方法和基于模糊数学的人脸姿态角度估计算法。对多姿态二维图像进行姿态空间划分，利用主成分分析方法(PCA)形成多姿态特征脸。识别过程首先估计测试图像姿态和模糊姿态角，在估计的姿态空间内采用基于PCA 的方法进行第一层识别得到候选个体，然后利用候选个体的三维模型结合模糊姿态角产生虚拟图像，利用相关进行第二层识别。实验结果表明，该方法对姿态的变化有较好的鲁棒性。

提出了一种基于监督式等距映射的人脸和表情识别方法，该方法能同时完成身份和表情的识别。首先，运用监督式等距映射，将训练集中的人脸表情图像投影到低维流形空间，在这个流形空间里，图像的投影不仅实现了按其身份的分离，同时在同身份图像的内部，又实现了按其表情的聚类。然后，用非线性投影，将待测图像嵌入到流形空间。最后，采用加权knn 分类器，识别出它的身份和表情。在Cohn-Kanade 和JAFFE 人脸库上的实验表明，该方法对人脸和表情的识别的准确率比较高。

解算的主要目的是将全方位图像还原成无畸变的图像。本文根据双曲面折反射全景视觉系统成像特点，提出了一种基于前向映射的全方位图像解算的改进算法。该算法首先采用前向映射空间变换方法将全方位图像的像素映射到虚拟观察平面上，然后利用改进的Shepard 散乱数据插值法复原完整的解算图像，从而避免了在畸变的全方位图像中直接插值引起的图像解算的失真。实验结果表明，该方法不但消除了全方位图像的非线性畸变，而且提高了插值精度和图像灰度曲面的光滑性，使解算图像更接近真实景象。

去除散斑条纹图中的噪声是电子散斑干涉测量技术的关键问题。提出将总变分图像去噪方法应用于电子散斑干涉条纹图滤波过程中，并对保真系数进行了改进。用总变分模型定义图像的能量函数，利用变分法求得满足能量函数的最优解，将图像去噪过程转化为求解偏微分方程的过程。分别对计算机模拟的条纹图和实验获得的条纹图进行了测试，定性和定量分析的结果表明该技术能够在显著滤波的同时保持条纹的对比度。

传统的图像校正方法需要在拍摄现场布放若干标定点。本文给出了一种新的算法，根据摄像机内部的物理结构，结合DLT(直接线性变换)法等相关知识，构造四个虚拟标定点，根据这些虚拟标定点求出校正系数。该算法无需在拍摄现场安放任何标定点就能够完成对图像的校正，得到物体的真实形状。文中使用该算法对六幅拍摄图像进行了校正，检验了该算法的有效性，并分析了产生微小误差的原因，给出了减小误差的方法。

针对机载光电跟踪系统连续帧图像快速识别、准确定位的要求，本文在深入分析连续图像序列特性和机载光电跟踪系统特点的基础上，结合精密转台的运动变化信息，提出了基于转角信息的连续帧图像处理算法。该方法根据精密转台的转角变化信息，采用连续的图像序列进行多帧间差值运算以获得目标残差图，残差图之间相乘除去大部分随机噪声点，结合中值滤波和自适应波门跟踪算法，大大的减小了运算量，实现了运动目标的快速跟踪定位。通过对目标实测图像序列的试验，结果表明，该算法具有快速、稳定等优点，能满足机载光电跟踪系统实时图像跟踪的要求。

提出一种利用导引头图像信息进行飞机目标被动定位的方法。该方法以目标可预知的先验几何特征为基础，并基于摄像系统视场较小且目标距离远大于目标尺寸时，成像模型可用弱透视投影近似的事实，推导出借助特征直线估计目标距离的单目视觉算法。与传统的目标定位方法不同，该算法通过特征直线的成像尺寸以及相互夹角反映目标成像姿态的变化，使得目标定位算法不依赖于对目标姿态的估计，提高了不同的空间姿态下目标定位的准确性。实验结果表明，该算法能够在低信噪比情况下准确定位目标，且算法不受目标姿态的影响。

综合应用多传感器图像灰度分布特征和分形维数特征进行目标检测、应用动态边缘演化提取目标轮廓，有效解决了复杂场景多目标分割的难题。首先根据图像的内在属性应用指定直方图进行图像增强，随后分别对可见光图像应用分形维数特征、对红外图像应用最大熵法、对激光雷达图像应用局部阈值法进行兴趣区域提取；再将各传感器图像获得的兴趣区域进行交叉验证，进一步排除背景干扰；最后把经过综合处理的目标轮廓估计作为初始生长曲线应用动态边缘演化技术最终确定目标边缘。对大量的复杂场景多传感器图像测试表明，本文提出的方法较好地保留了目标的形状特征，是一种有效的多目标分割技术。

针对视频序列中目标的跟踪，均值漂移算法和卡尔曼滤波器相结合的目标跟踪算法已经被提出，而在移动机器人上实现对机动目标的实时跟随时，机器人自身的运动引起目标在像平面的偏移不能被忽略，在详述了两者的关系的基础上，建立起以机器人一个周期内的运动作为输入量的状态方程，以卡尔曼滤波器的估计值作为均值漂移算法的启动点，均值漂移算法的最终收敛点作为每帧的跟踪结果，并以此收敛点替代滤波器的估计值，两种算法交替使用，互为补充。实验表明所提算法可以实现在室外环境下对动态目标的实时跟踪。

针对大型堤坝长距离、大范围和形变隐患实时监测的难题，本文提出采用分布式受激布里渊散射光纤传感技术的监测系统，介绍了分布式光纤传感实验仪的数据采集原理，分析了数据结构流程，以黄河堤坝的监测为例，构建了基于Omnisens 的DiTeSt 分布式光纤传感仪的监测系统；监测系统的数据库由原始传感数据源、数据库、用户输出和用户操作四部分组成，能对实时监测和历史数据进行处理和管理，为堤坝安全监控专家系统提供重要资料和决策依据。

：零偏稳定性是评价光纤陀螺性能的一个重要指标，Y 波导的2π 电压准确度和电路中的交叉干扰大小在一定程度上决定了零偏稳定性。常用的方波调制在零转速附近对2π 电压的调整缓慢，导致2π 电压准确度无法保证，同时引入了较大的交叉干扰，在高精度陀螺中已经很难满足性能要求。本文提出的双方波调制解调方法，能够在任意转速下快速调整2π 电压，在零转速附近调整时间由方波调制的300 s 缩短到1 s，使陀螺在全工作温度范围内正常工作；同时，运用相干检测理论对方波调制和双方波调制的交叉干扰特性进行了深入研究，得到双方波调制可以抑制交叉干扰的结论，实验表明陀螺零位偏差由方波调制的0.22o/h 减小到0.06o/h，改善了陀螺的零偏稳定性。

针对单组分毒气识别与单组分毒气痕量浓度测量的需求，本文提出了以吸收光谱为检测手段、采用多点测量技术方案的毒气阵列检测系统，并以金属卟啉为敏感物质研制了一种新型的阵列式气敏传感器。重点研究了检测系统的工作原理和两种毒气模拟品的光谱响应模式，给出了响应模式的偏最小二乘法与BP 神经网络组合的识别模型和痕量浓度测量的计算算法。实验结果表明，本系统对气态甲基磷酸二甲酯(DMMP)与气态二甲苯(DMB)两种毒气模拟品和沙林、梭曼与光气三种毒气共50 个未知样本预测识别的正确率为98%，两种毒气模拟品(DMMP 和DMB)的最大相对测量误差为3%。

为获得高效率的白光LED，得到荧光粉和芯片的最佳匹配，本文提出了一种新颖的白光LED 荧光粉测量系统和分析方法。该方法根据荧光粉测量原理，采用单色光激发荧光粉，获得荧光粉的激发光谱特性。由单波长激发的光谱组合可以得到荧光粉的三维光谱特性，荧光粉光谱与LED 芯片光谱匹配可以模拟白光LED 光谱。分析了荧光粉在单波长及光谱激发条件下的效率。实验结果表明，该测量系统和分析方法可以确定荧光粉和兰光LED 芯片的最佳匹配，从而为获得高效率白光LED 奠定了良好的基础。

为解决高密度圆光栅的工程应用难题，应用光栅自成像原理，用较大的光栅副间隙获得了高质量的莫尔条纹信号。文中用傅里叶光学理论分析了单色平面波照明下的双光栅菲涅耳衍射场，建立了双光栅菲涅耳衍射场光强分布的数学模型，并用MATLAB 软件对光栅菲涅耳衍射像光强分布和莫尔条纹信号进行了数值仿真，分析了各种参数对莫尔条纹信号的影响，最后通过信号提取实验对理论分析进行了验证。

传统的Soble 边缘检测算法的优化和实现都是针对常用处理器(CPU、DSP 和FPGA 等)提出的，难以应用在图像处理器(GPU)上。本文提出了一种基于NVIDIA 公司CUDA 架构图形处理器(GPU)的快速Sobel 边缘检测算法。快速算法根据GPU 的并行结构和硬件特点，采用了纹理存储技术、多点访问技术和对称计算技术三种加速技术，优化了数据存储结构，提高了数据访问效率，降低了算法复杂度。实验结果表明，快速算法充分利用了GPU的并行处理能力，在处理4 096×4 096 分辨力的8 位灰度图像时速度可达190 fps，是基于CPU 实现的122 倍。

基于图像的月球表面障碍自主检测技术是实现探测器在月球表面安全着陆的关键。本文主要研究了基于被动图像的月球表面障碍物之一的岩石的检测技术。首先将最大二维熵阈值分割用于岩石阴影的检测；其次将岩石轮廓线提取技术与阴影检测结果结合以获取精确的拟合椭圆中心点；最后，利用椭圆拟合岩石所在的区域范围。实验表明：相较于传统的仅基于阴影的算法，本文提出的岩石障碍检测算法能更好地拟合出岩石所在区域范围。

：针对高超音速飞行器在大气中流动时所产生的气动光学效应进行定性和定量的分析与计算。通过对高速湍流流场N-S 方程的CFD 求解，得到在不同飞行参数下，飞行器外围流场的各种参数分布；再运用变折射率流场的光线追迹法，得到红外光在该非均匀变折射率流场中的传输路径；最后应用傅里叶光学理论，结合数值分析方法，计算得到高速湍流流场的气动光学效应传输函数。计算结果表明，气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征，使得图像发生像模糊；其相位响应函数具有非线性的特点，导致红外成像非线性偏移。本文所得实验结果与理论分析相吻合。

针对人工晶体或隐形眼镜的面形上连续浮雕结构加工的特点，本文介绍了基于空间光调制器(DMD)曲面投影光刻物镜系统的设计方法。根据其成像面为曲面的特点，根据光学设计理论多次利用弯向物方的弯月形负透镜结构进行场曲校正，同时运用光的衍射原理优化设计物镜系统的数值孔径以消除DMD 投影过程中的栅格效应。运用ZEMAX 工程光学设计软件对系统进行了模拟、优化，并对优化后的结果进行了分析。对于设计实例利用上述设计原则给出了设计结果，工作波长为g 线(峰值波长λ=436 nm)，像面曲率r=22.5 mm，视场Ф6 mm，数值孔径NA=0.1，分辨力为7.8 μm(64 lp/mm)时的光学调制传函值＞0.8，畸变＜±0.05%。

研究了塑料透镜在3D 虚拟显示头盔光学系统中的应用，设计了适用于眼镜式虚拟微显示器的全塑料(聚甲基丙烯酸甲脂－PMMA)光学系统。引入反射镜来折叠光路以缩短系统长度，引入衍射面，利用其负色散性和波面任意整形特性来消除系统色差及改善波前像差。该系统重量仅为9.8 g。目视系统中需重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.31 mm 和8.8 μm，最大畸变<7%。系统最小角分辨力为0.8 mrad，全视场为32°。