本文研究摄像机和目标同时运动情况下的实时目标提取问题。首先运用背景差方法,检测出静止摄像机下的运动区域,为了克服连通域分析法耗时长的不足,提出重心偏移迭代法快速获得感兴趣运动目标。在改进Camshift 跟踪算法中,提出采用Bayesian 概率法则在由Kalman 滤波器预测的感兴趣区域(ROI)内获取颜色概率密度分布图像(CPDDI),引入即时背景(IB)以抑制背景特征。提出依据跟踪结果进行目标提取的方法,即结合CPDDI特征,并辅以适当的形态学滤波策略,从跟踪结果中提取出运动摄像机下的运动目标,解决目标被动态背景干扰的问题。实验结果表明,提出的算法能够较稳定和完整地提取出运动摄像机下的运动目标,对复杂动态背景的适应性较强,且算法完全达到了实时的运行速度。

针对布里渊光纤环形腔(BFRR)的克尔效应发生机理,首先研究了考虑克尔效应的腔谐振特性,理论推导出一阶斯托克斯出射光强发生光学双稳态的可能性。实验证明,入射光为440 μW 左右时30 m 短腔的一阶斯托克斯光会发生光学双稳态,双稳态的特性和腔耦合器的光强耦合系数及插入损耗有关。然后对布里渊光纤陀螺中的BFRR 克尔效应进行了探讨,重点研究了谐振偏离对于陀螺输出非线性以及动态工作范围的影响。提出了一种全新的双环布里渊光纤陀螺方案,为布里渊光纤陀螺的克尔效应误差抑制提供了一种潜在的解决途径。

根据数字图像本质上具有模糊的特性,分析了传统模糊熵阈值方法的缺陷,提出了最大模糊相关准则快速阈值分割方法。首先应用模糊隶属度函数把数字图像转换到模糊域,然后根据相关的定义计算图像直方图目标与背景的模糊相关总量,并依据最大模糊相关准则自动选取最佳阈值。另外,为了缩短最佳阈值获取时间,应用差分演化算法对模糊隶属度函数参数进行寻优。最后在真实图像上与其它几种典型的阈值法进行了对比实验,实验表明所提方法能获得较好的分割结果,满足实时性需求。

为了克服实轮廓波图像消噪后广泛存在的混叠现象,研究了基于双树复小波级联方向滤波器架构的复轮廓波变换图像消噪的若干性质,证明了对于高斯白噪声图像,该变换具有更好的分割能力和抑制能力,并在此基础上提出了一种基于该变换的图像消噪算法。该算法采用蒙特卡罗方法来确定门限收敛因子,并采用这些因子修正3σ准则,对变换域系数模值采用硬阈值处理。图像消噪实验结果表明：该消噪算法比基于实轮廓波变换的消噪算法,具有更高的峰值信噪比和更好的视觉效果。

针对目前总变分图像复原算法收敛速度较慢的问题,本文提出了一类基于多步迭代的快速总变分图像复原算法。提出了两种多步总变分图像复原算法：多步迭代收缩阈值算法和多步迭代加权收缩算法,并针对多步算法每次迭代需要额外估计权参数的不足,给出了一种固定权参数的多步总变分复原算法。同传统的单步总变分复原算法相比,提出算法在每次迭代过程中无需额外增加计算量,且需要很少的迭代就能达到收敛。实验结果表明：对复原不同因素引起的退化图像,文中提出算法的收敛性能远高于传统的单步迭代复原算法,从而我们提出的算法是有效的。

提出了一种基于几何特征点的扩展目标跟踪方法,该方法借鉴模板匹配跟踪的思想,以目标的几何特征点作为模板进行目标跟踪。把多尺度Harris 特征点检测与SIFT 描述子相结合,用于几何特征点的提取和描述,接着引入加权相似性度量公式和更新策略以提高特征点的匹配精度,从而实现更加稳定的跟踪。试验表明,该算法可以稳定地跟踪姿态剧烈变化的扩展目标。

针对图像灰度各阶导数的离散化表示方法和图像边缘最佳响应方向的确定等关键技术,本文提出基于任意方向图像导数算法的边缘检测技术。该方法根据导数的定义建立数学模型,推导出计算灰度图像任意方向的一阶、二阶导数公式,通过分析待检图像的边缘特性,对图像进行多方向乃至全视角方向的灰度梯度计算和拉普拉斯变换,并输出最佳边缘响应。使用该方法与已有检测算子进行对比实验,证实了该算法的有效性并显示了其在边缘检测效果上的优势。

针对基于图像像素点分析的边缘提取方法存在无法同时满足高抑噪性、连续性、定位性等问题,本文提出了方向Beamle 变换(DBT)方法,在定义图像线奇异性的理论基础上,利用DBT 对图像进行线奇异性分析,依据Beamlet 变换具有的线段提取能力,将图像边缘检测问题转化为方向Beamlet 变换系数矩阵中奇异点的检测问题,以降低噪声点对边缘检测结果的影响。通过对人工图像以及SAR 图像的实验,与经典边缘检测算子相比较,验证了本方法具有较强的抗噪性,特别是针对直线边缘,在抑制噪声影响的同时保证了线状边缘的直线连接性,抗噪性较强。

针对人脸识别中的特征提取问题,本文提出了一种由粗到精快速准确的嘴部自动检测和定位方法。该方法首先通过Adaboost 算法检测出人脸图像大致的嘴部区域,缩小了后续定位的搜索范围;采用局部梯度算子提取嘴部轮廓,通过Ostu 阈值法对提取的轮廓进行二值化处理,根据链码跟踪最终确定左右嘴角的精确位置。实验结果表明,该方法自动检测和定位嘴部快速准确,对表情和姿态的影响具有比较高的鲁棒性,有助于提高人脸识别算法的识别率。

ICX274 是SONY 公司生产的每秒15 帧200 万像素高速CCD,针对ICX274 的模拟前端电路(Analog front end,AFE),本文给出了基于Analog Devices 公司芯片AD9923 的硬件电路和寄存器设置方法。AD9923 芯片内部功能电路模块通过SPI 接口控制相关寄存器实现,通过分析AD9923 内部主要电路模块的工作原理,介绍了与之相关电路的寄存器控制方法。对比SONY 方案可以看出,该设计硬件结构简单、成本低、可靠性高。测试表明,驱动时序控制满足ICX274 时序要求,可以驱动ICX274 输出模拟视频信号,能正确控制相关双采样电路的采样时刻,完成模拟数字转换得到CCD 的数字视频信号。

基于弹性力学理论的应力抛光技术(SMP)是将非球面加工转化为球面加工的新技术,能够有效地提高非球面加工效率。由应力抛光技术的算法及有限元分析、模拟,针对玻璃材料自身的性质以及在球面镜周边施力或力矩来实现球面到非球面之间变形量的要求,设计、加工和装调一套专门用于应力抛光技术的实验装置。为了实现应力抛光技术中玻璃薄板的球面到抛物面之间的变形,以该装置加工了一块口径为Φ314 mm,F/7 的抛物面镜为例,抛光结束的抛物面其峰值(PV)为3.317λ,均方根(rms)为0.489λ,验证了应力抛光技术实验装置的合理性和有效性。

针对多摄像机视频跟踪的应用场景,提出了一种具有分布式计算特点的目标跟踪算法。该算法首先利用最大似然准则对多视角目标跟踪问题进行建模,并对似然函数进行分解,最后借助消息传递机制高效求解出跟踪目标在各个摄像机视野中位置的估计值,而不再需要将图像数据传输到中央处理单元进行集中式处理。同时,通过融合多个视角的图像信息,有效地抑制了遮挡现象给跟踪结果造成的影响。定性和定量实验均证明了该算法的有效性。

为了提高光学联合变换相关识别的综合性能,提出一种基于SONG 相关的参考图像相移相位编码条纹调制畸变不变联合变换相关器。该相关器引入SONG 相关技术和SDF 方法,具有更加突出的抑制干扰信号能力、抗噪声性能和多目标识别能力,通过修正SDF 的约束条件,当输入图像存在多个畸变目标时,能够较好地实现相关输出的畸变不变性。仿真实验结果表明：当输入图像受到非覆盖性背景噪声影响时,该相关器在整个测试噪声强度区间内输出相关峰强度和峰噪比分别是引入SONG 相关技术前的1.87~5.16 倍和1.88~5.19 倍,其平均偏差量能够基本维持在0.04 以下;当输入图像受到替换噪声影响时,该相关器在大部分测试噪声强度区间内都能给出较高的相关峰强度和峰噪比,在噪声强度不高于0.4 时,其平均偏差量能够低于0.1。

对利用X 射线光刻制作大高宽比硬X 射线波带片的设计和制作工艺进行了研究。采用电子束光刻制作X射线光刻掩模,并利用X 射线光刻制作最终的硬X 射线波带片。采用对光刻胶结构加入支撑点的方法,大大提高了X 射线光刻制作硬X 射线波带片的高宽比。对所加入支撑点的布置策略进行了优化,使得支撑点所占的面积比例减小。所制作的波带片最外环宽度为200 nm,厚度为2.8 μm,具有优良的结构质量,预期可用于10 keV 到25 keV波段,并具有优于250 nm 的成像分辨率。

采用CCD 漂移扫描技术可以显著提高地基光电望远镜系统的观测效率,改善空间目标的数据质量,但目前不适合对快速移动目标的观测。把CCD 漂移扫描技术与精密控制的旋转装置相结合是扩展其应用的一种解决思路,本文在分析CCD 漂移扫描技术的基础上,建立了一种旋转式CCD 漂移扫描观测的控制模型。同时运用模型进行了模拟观测实验,并分析了旋转角度、脉冲控制周期等模型参数对观测效果的影响,其结果不仅验证了该旋转控制模型构造的合理性,而且也能为实际观测提供参考依据。

三线阵CCD 立体测绘相机既要保证清晰成像,还要保证内方位元素测定精度要求。简要分析了立体测绘对调焦系统精度的要求,给出了导轨副调焦方案和凸轮驱动调焦方案,并设计了凸轮调焦机构以及控制单元。该系统结构紧凑,稳定可靠。通过实验表明,该调焦系统到位重复性精度小于±11 μm,调焦运动引起的线阵CCD旋转误差小于5″,直线性误差小于8″,并且满足空间环境条件下立体测绘的使用要求。

动态校准系统是空间傅里叶光谱仪的关键技术之一,而动态测角作为动态校准技术的一个重要环节,其测角精度和测角范围是动态校准系统性能的保证。空间傅里叶光谱仪的工作环境要求测角算法能够实现高精度和大范围的倾角检测,基于此设计了基于瞬时激光信号功率检测的动态测角算法,介绍了该算法实现的关键技术环节,给出了实验结果。算法原理和实验结果均表明该算法可以实现精度高于0.03 rad 和范围超过±π rad 的倾角检测,可为空间傅里叶光谱仪实时获取高质量的地球大气红外辐射干涉图提供保证。

努力提高飞片动能利用效率对于减小激光起爆系统装置体积、重量,实现系统小型化具有直接现实意义。本文根据激光诱导爆轰波(LSDW)理论,分析激光与飞片作用产生爆轰波压力的时间和空间分布情况,推导激光驱动飞片动能利用效率的数学表达式。以铝飞片为例,重点分析了激光参数(功率密度、脉宽、焦斑直径)和飞片结构参数(厚度、直径)对飞片动能利用效率的影响。计算结果表明：飞片动能利用效率与激光的脉宽和飞片直径成正比关系,而与聚焦光斑、功率密度以及飞片的厚度成反比关系。

本文给出了一种控制正支共焦非稳腔输出光束稳定性的激光系统。利用哈特曼波前传感器实时测量谐振腔内的倾斜扰动像差,基于该像差信号,采用一台步进电机作为主控器,并采用比-积分-微分(PID)控制算法控制一块高反射率的凹面腔镜完成腔内倾斜扰动的自动校正。理论和实验研究表明：本系统能够快速稳定地控制正支共焦非稳腔失调引起的倾斜像差,实现正支共焦非稳腔输出光束的自动稳定。

提出了一种快速小目标检测方法。在算法优化方面,采用粒子群优化算法。为了克服传统粒子群优化算法的一些不足,对粒子群的拓扑结构进行了自适应的调整,改进了粒子群的多样性和寻优能力。在小目标检测方面,主要通过图像局部方差增量描述小目标作为图像局部灰度突变区域的这种特性。通过将粒子群优化算法引入到检测中,提高了检测速度。通过仿真实验,粒子群的寻优能力有了明显的增强,检测的性能有了大幅度的提升,并且检测结果是可靠和有效的。

根据光腔衰荡(CRD)原理开展了高反镜反射率测量技术的研究。采用基于半导体激光器自混合效应的连续光腔衰荡技术(SM-CRD)测量高反射率腔镜,不但简化了CRD 技术应用的结构装置,同时也大大提高了入射光与衰荡腔之间的耦合效率。给出了半导体激光器由于自混合效应引起的频谱变化,分析了反馈光强度对半导体激光器输出特性的影响。使用反射率为99.914%的腔镜建立了1 064 nm 高反射率测量装置,测量精度达到10-5 量级。实验结果表明,使用该装置测量腔镜的反射率,不但大大降低了系统的成本,而且有利于提高系统的测量精度和稳定性。

本文提出了一种极化SAR 图像分类的新方法,该方法将传统极化分解与子孔径分析结合起来。首先将全分辨率极化SAR 图像分解成几个子孔径图像,利用子孔径分析对两类非平稳目标进行检测,得到场景中的非平稳目标。然后对全分辨率图像的相干矩阵进行特征分解,得到熵(H)和α 角两个参数,并在H-α 平面上对地面目标进行分类;最后,将非平稳目标检测结果与H/α 分类结果结合起来,对极化SAR 图像进行更为精细的分类。仿真结果表明,本文提出的方法取得了更好的分类效果。

针对在静止背景中运动的目标对所拍摄图像造成的局部运动模糊,建立了运动速度与图像上运动模糊尺度、目标距离以及曝光时间等相机参数间的对应关系,提出了一种局部运动模糊点扩展函数的参数辨识算法。目标运动方向信息由傅里叶频谱和Radon 变换得到。当运动模糊方向调整为水平后,经图像分割,改造的Prewitt 算子进行边缘检测,二值图像与边缘图像对应区域上各行进行自相关三个步骤,运动尺度由统计信息确定,并在此基础上完成目标速度的测量。实验结果表明,本文算法对形体较为复杂目标的局部运动模糊参数辨识具有良好的效果,实验测得的运动速度与实际平均速度的误差都在7%以内,有利于自动完成,具有较好的实时性。

为了检测彩色岩石节理裂隙边缘,同时抑制由其它色彩引起的噪声。本文将彩色图像像素的R、G、B 分量作为彩色空间矢量的三个分量形成纯虚四元数,利用四元数卷积及旋转相关知识,得到彩色图像边缘检测方法并运用于岩石节理裂隙的检测中。同时,本文提出了一种简化的四元卷积方法。为了抑制噪声并对边缘准确定位,本文将不同尺度下的四元数卷积进行平均加权。实验结果表明,本文提出的方法针对岩石节理裂隙检测有较好的效果,具有重大的工程实用价值。

为了提高光电测量系统对火炮重要静态参数——弯曲度的测量精度,提出了一种基于同心圆现场定标的实时畸变校正方法,并设计了一套自定中测量装置。首先调整测量装置中靶标的水平和竖直定位,消除偏心畸变;然后采用曲率估计的方法实时提取现场标定同心圆,对光学系统的畸变变化情况进行检测;最后根据检测对弯曲度的测量结果进行校正,进而实现弯曲的高精度测量。对焦距为6.00 mm 的弯曲度测量系统进行多点测试,实验结果表明：该方法具有较强的稳定性,校正精度高且实时性好,与传统的校正方法相比,校正后的测量偏差由±0.15mm 提高到±0.05 mm,且单点校正时间小于0.49 s,有效地提高了系统的测量精度。

提出了基于光学多普勒效应和外差方法设计的可判向光纤位移干涉仪,装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要有带尾纤的半导体激光器、1×2 光纤耦合器、三端口环形器、光纤探头、3×3 光纤耦合器、探测器以及示波器等构成。在原有结构的基础上,增加了光纤放大器和光纤滤波器,大大提高了信号光光强。结合李萨如图形给出了可判向光纤位移干涉仪的信号处理方法。利用该干涉仪测量了压电陶瓷的振动,实验表明能够测量的最小振动峰峰值为0.43 μm,并根据实验分析了干涉仪测量微位移的一些制约因素。研究表明,制约干涉仪测量微位移能力的主要因素是3×3 光纤耦合器的非理想性,如3×3 光纤耦合器输出干涉信号的位相差不恒定。

排列互比法实现两个圆分度器件互检时操作繁复,工作量大。针对此缺点,本文提出采用排列常角法实现正多面棱体和多齿分度台角分度误差的互检,不需要在每个测回完成后改变两个圆分度器件的相对位置,从而简化了互检过程,缩短了测量时间。详细介绍了互检原理以及操作步骤,实验装置的设计;给出了正多面棱体和多齿分度台角分度误差互检的实验数据,并对测量结果的随机误差进行了分析和计算。最后通过两种实验方法结果的对比,验证了本方法的正确性。

采用电子束蒸发的方法在蓝宝石光纤端面上生长ZnO 薄膜,不同测试温度下透射光谱表明：ZnO 薄膜的光学吸收边随温度的升高呈明显的红移。根据ZnO 薄膜的光学吸收边所呈现的这一负温度效应,研制了基于ZnO薄膜温变特性的透射式光纤温度传感器。实验表明,在室温至500 ℃测温范围内其灵敏度优于0.05 nm/℃。该光纤温度传感器的测温范围理论上可从负温区(约-260 ℃)至高温区(约700 ℃)。与其他传统的温度传感器相比,该温度传感器具有结构简单,成本较低,测量稳定性高和量程范围宽等优点。