由于某些非线性的影响，数字光电跟踪系统定位精度大大降低，因此相应的非线性补偿方法研究势在必行。本文以数字化光电跟踪系统为研究对象，首先进行了电视跟踪定位时影响定位精度的等效间隙非线性分析，给出了两种主要非线性的理论表达式，即量化非线性和光电探测器滞后非线性，然后采用描述函数法对实测定位自激振荡进行了定量分析，最后确定了双极工作模式的PWM 功率驱动器。在实际的数字化光电跟踪系统定位实验研究中，定位误差的最大峰-峰值小于22.23″，表明双极PWM 驱动器的零位振颤特性，对数字控制系统的自激振荡起到了很好的抑制作用。

本文对弦变换、弦空间特征的描述进行了详细研究，通过实验实现了几何形状特征提取的具体实现方法，并验证了特征的鲁棒性。此特征不但具有二维的平移、旋转和尺度不变性，同时对由仿射变换引起的形变也具有一定容忍度。另外，利用特定几何形状的弦空间特征对边缘图像做近似滤波的反弦变换后，可以保留与特定形状相似或相同的目标边缘，而忽略其它不感兴趣的边缘。最后实验结果表明，用此特征进行几何形状的相似性匹配是有效的，并且这种方法简单易懂，容易实现，可以用于目标识别、跟踪等许多方面。

针对图像中存在的弱边缘对比度低、模糊、难以探测的问题，本文提出一种新的并且原理简单的边缘检测算法。该方法根据梯度在边缘处的直观响应，结合直方图的统计特性以及分块操作的局部处理能力，综合而成分块梯度直方图。然后，通过相邻块内部的梯度峰值的互确认操作，得到对梯度强弱不敏感的边缘，从而能够获得图像中更多的特征信息。实验验证表明，该算法的性能在同等算法和经典的边缘检测算子中表现良好，并对噪声具有不敏感性。

在图像恢复过程中，总会引入一定程度的振铃效应，严重的影响了图像恢复的质量。本文分析了图像的梯度分布直方图，通过分析它们在图像处理过程中的变化，论述了将自然图像梯度分布添加到图像恢复中的必要性。采用参数替代算法处理添加约束后的图像恢复表达式，使得恢复过程简单迅速。本文分别采用模拟图像和实拍图像论证了该算法，从恢复的两组图像中看到，不管是针对模拟图像还是实拍图像，该算法对图像中的振铃效应的消除作用都是比较明显的，恢复后得到的梯度分布图也相较于RL 算法的恢复图更接近原图的梯度分布图。即该算法即使在模糊核估计不准确的情况下，也能得到比较好的恢复图像。

针对离散小波变换的高速实现问题，本文提出了一种提升小波变换的并行处理方法与可伸缩性结构设计。该方法根据提升小波变换的同一阶提升运算具有的独立性，采用在单时钟周期同时对多个输入数据进行相同阶提升运算的并行处理技术，有效提高系统的数据处理能力。具体给出了一种新的一维(5, 3)小波变换的高速实现结构。新结构的数据处理能力能够灵活地扩展到2J 样本/时钟周期，为小波变换的高速实现提供了一种新的选择。理论分析和实验结果验证了该设计的有效性。

提出一种基于离散平稳小波变换的变换域的数字图像水印嵌入和提取算法。本算法先将数字水印图像进行置乱变换(Arnold 变换)，然后将置乱后的水印图像进行混沌加密，将加密后的水印按行展开成一维行向量，并将像素值从大到小排序，将原始图像平稳小波分解得到的低频系数也按行展开成一维行向量，并按从大到小排序。将排序后的水印图像嵌入排序后的低频系数中，变回二维后结合其它频域重构出水印图像，水印提取是嵌入过程的逆过程，将提取出的水印图像进行混沌解密、Arnold 反置乱变换得到原始水印图像。本算法选择了合适的水印嵌入位置，实验结果表明：该算法使图像的不可见性好，而且所嵌入的水印对一般的图像处理攻击如噪声、滤波、旋转、压缩等有较强的鲁棒性。

针对视频质量评测中时域信息的检测方法，本文提出了新的计算方法。该方法根据ANSI T1.801.03-1996和ITU-T Recommendation P.910 时域信息(TI)的概念定义和方法推荐，采用先对时域梯度图求直方图，再在所求直方图的基础上进行统计计算的方式，克服了直接进行时域梯度RMS 计算带来的乘法运算量与画面像素数成正比从而导致耗时较多的缺陷。实验结果表明，采用本改进方式的乘法运算量仅取决于直方图的灰度级，而与具体像素数无关，在同等条件下的平均计算效率可提高约三倍，且对时域信息的检测效果与推荐方法相仿。该方法实现简单，易于集成，在视频质量评测应用中具有较好的推广价值。

针对指纹图像中的较大平移和旋转，提出了一种基于离散度和EBFNN 的指纹分类方法。首先，对指纹图像进行离散小波变换获得特征空间。然后，对特征空间进行搜索得到不同维数下的优化特征组合，通过研究这些优化特征组合的散度值随维数的变化趋势，最终确定特征向量的构成。最后，以此特征向量训练EBFNN，完成指纹纹型分类，并在FVC2000 和FVC2002-DB1 上作了测试。实验结果表明，当隐层节点为11 时，总的纹型辨识正确率可达91.45%，而且对指纹图像中的平移和旋转具有良好的鲁棒性，具有一定的实用价值。

为一套基于多传感器的实验室头盔显示器设备的头位信号处理过程引入离散扩展卡尔曼滤波(EKF)环节，并在图像准备程序处理中加入图像快速角度补偿计算。用软件EKF 和图像处理结合的方式消除多传感器和渲染外场景条件下头位感应的噪声和延迟。二级卡尔曼滤波器用于补偿输入误差和测量误差，图像快速角度补偿流程针对设备图像准备过程设计，能够降低图像处理单元对于渲染过程的延迟时间。经过三自由度转台测试，使用此集成方法能够较好地减少头盔显示系统使用中多传感器产生的干扰和延迟，保证头盔显示器的定位质量。

利用径向基函数(RBF)网络进行光电编码器误差补偿，具有非线性处理特性好、逼近精度高等特点。针对RBF 网络在工程应用中的特点，文中首先介绍了RBF 修正模型与编码器检测转台的结合应用，在进行编码器误差检测的同时即可完成仿真分析;再进一步根据算法在数字信号处理器(DSP)中的应用,介绍了算法的优化方法。实际工作表明：将建模与检测相结合，效果直观，方法灵活；优化后的补偿算法在满足运算时间的基础上并未对补偿精度带来明显影响，可将系统精度提高1~3 倍。

利用广角有限差分光束传播法(WA-BPM)对集成光学陀螺(IOG)用掺锗的二氧化硅光波导环形谐振腔进行了优化设计，详细分析了谐振腔的主要性能参数精细度F 与各种损耗及光强耦合系数的关系。在优化设计基础上，在硅基底上利用等离子体增强型化学汽相沉积(PECVD)法与反应离子刻蚀(RIE)制作了掺锗的SiO2 光波导环形谐振腔。经测试，在1 550 nm 波长处，光波导传输损耗为0.02 dB/cm，环形谐振腔内总传输损耗仅为0.1 dB/circuit，可为今后集成光学陀螺的小型化和高灵敏度提供理论参考。

针对三通道波分复用技术，本文提出了一种利用三个3×3 光纤耦合器级联组成的全光纤Mach-Zehnder 干涉仪型三波分复用器，运用光纤传输理论和矩阵理论，得到光谱的输出表达式。通过数值模拟分析了各3×3 耦合器耦合比和光纤臂长差对该三波分复用器的影响，并进行了实验。结果表明，当组成的全光纤Mach-Zehnder 干涉仪型三波分复用器的三条光纤干涉臂两两之间分别存在长度差ΔL 和2ΔL 时，在耦合器分光比取一些定值时即可实现三波分复用功能，三端口输出谱线理想，波长间隔仅仅取决于ΔL 的大小，且该器件的输出谱线对耦合器的耦合比不太敏感。实验样品采用的波段为1.55 μm，波长复用间隔为0.8 nm，实验所得的结果与理论相吻合。

针对非线性系统中杂波环境下的多传感器多目标跟踪问题，提出了一种多传感器顺序统计量不敏概率数据互联算法(MSOSUPDA)。算法首先根据顺序结构多传感器系统实现方法将研究问题转化为顺序处理多个非线性单传感器多目标跟踪问题，然后结合顺序统计量概率数据互联(OSPDA)的思想将单个传感器的量测点迹与多个航迹互联，在此基础上采用不敏卡尔曼滤波(UKF)实现非线性条件下目标状态估计与协方差的递推。与MSJPDA/EKF算法相比，算法具有更高的跟踪精度和稳定性，计算量明显减小。仿真结果表明，该算该发散率与耗时分别为MSJPDA/EKF 算法的19%与70%，算法综合性能明显好于MSJPDA/EKF 算法。

针对所设计的棱镜Q 开关，首次把棱镜的折射率考虑在内，将折射率对棱镜转镜Q 开关光学加速作用的影响进行了详细的推导计算与分析。计算结果表明：考虑折射率影响后，相对于平面镜而言，棱镜旋转速度会等效减小，说明折射率低的棱镜比折射率高的棱镜具有更明显的光学加速作用，即棱镜折射率对光学加速作用有一定负作用。因此，在选择光学加速装置时，除了要从反射损失小、易于加工等角度考虑外，还需将棱镜折射率因素考虑在内，以期获得最佳光学加速作用。

采用离子交换法制取DNA-CTMA 复合物，再通过自组装成膜法和旋涂法制备DNA-CTMA 薄膜。通过DNA-CTMA 薄膜在紫外/可见光/红外及远红外区的吸收光谱、薄膜的折射率与交流电阻的测量，研究了薄膜的光电特性。实验结果表明：DNA-CTMA 薄膜的透光性很好，只在紫外230~315 nm 区间和红外2.7~3.34 μm 区间出现吸收以及在红外3 418 nm 和3 504 nm 两处有强吸收峰，在通信波段没有明显吸收。此外，分析了薄膜制备过程中，残留丁醇及制膜温度和干燥时间对薄膜折射率的影响。薄膜交流电阻的测量显示，50 bp 短链的DNA-CTMA薄膜的交流电阻率比2 000 bp 长链DNA-CTMA 薄膜小2~3 个数量级。

研究了一种基于红外图像融合技术进行气体泄漏点定位的方法。通过对气体泄漏热传导过程的有限元模拟和泄漏节流温差的焦耳-汤姆逊系数计算，建立了被测对象的温度场模型。实验采用主动式冷却器对气体进行降温处理以增强现象，利用热像仪分别采集金属与非金属对象充入压缩空气前后的红外图像，根据不同材质对象的导热特性分别建立泄漏诊断阈值并进行熵值融合计算，从而定位泄漏点。仿真和实验结果表明，红外热像图可以灵敏地反映泄漏点处温度变化，熵融合算法能够快速、准确地提取出多种材质对象的泄漏位置，并且有效克服了被测工件表面缺陷对温度场及定位的干扰。

用传统的解析法得到的函数最大梯度和局部极大只能是近似和局部意义上的。本文结合遗传优化搜索算法讨论多尺度边缘检测的新方法。为了提高遗传算法应用于边缘检测的收敛速度，改进基本遗传算法存在的局部搜索能力差的缺陷，提高全局解的质量，采用了改进的GA(遗传算法)+SA(模拟退火法)+TABU(列表寻优法)混合算法。将基本遗传算法与启发式搜索算法相结合，采取交替式的优化策略。试验结果表明，将该算法用于红外目标图像分割，可以使检测出的图像边缘细节丰富、单边缘、定位准确。

针对光笔视觉三维测量中左右两幅图像中光斑图像点的立体匹配难题，引入SoftPosit 算法将其转换为二维像点与三维物点对应关系未知情况下的位姿参数估计问题。通过将对应匹配和位姿估计融合在一起，进行捆绑迭代寻优，分别完成左右两幅图像中光斑图像点与空间光笔光斑的对应匹配，从而实现了左右两幅图像中对应光斑图像点的立体匹配。该方法基于模型，与空间点分布模式、点的数量及图像灰度无关，实验结果表明该方法切实可行，也可用于特征点的识别。

伺服控制是光电稳定平台的关键技术之一。提高控制刚度能够增强隔离载体扰动的效果，但同时可能导致系统不稳定。论文结合理论和试验建立了光电稳定伺服控制系统的简化数学模型，推导出系统控制刚度表达式，指出提高控制刚度的方法；利用劳斯判据求解出系统稳定的解析条件式，描述了稳定性与控制刚度之间的矛盾，并指出陀螺是矛盾关键。论文研究结论得到了仿真和试验验证，对工程实践具有参考价值。

为解决大型水轮机叶片尺寸检测这一行业性难题，实现对叶片型面外型尺寸的快速检测，提出了一种基于视觉测量技术的新方法。该方法以摄影测量原理为理论基础，首先在物体表面待测位置粘贴标志点，然后从不同角度拍摄一组照片，作为测量的原始数据输入计算机中进行解析处理。在测量软件中通过对照片组进行图像检测，识别出各张照片中标志点并定位其中心，匹配同名标志点，最后根据标志点的多个二维坐标重建出对应物体点的三维坐标，从而实现对被测对象的数字化建模和测量。现场实验表明，与传统的水轮机叶片检测方法相比，该方法具有工作量小，速度快，成本低，容易实现在线检测，并且不易受现场灰尘、振动、湿度和温度变化等外界因素的干扰。

本文提出一种基于相机自标定和准稠密匹配相结合的星球漫游车的环境地形重构方法，通过SIFT 特征点提取、Kruppa 方程的相机自标定、准稠密匹配以及三维重构，生成漫游区域的环境地形图。与传统方法相比，该方法首先通过Kruppa 方程可以不依赖星球地形地貌场景的几何结构实现车载相机参数的自标定，解决车载相机参数不一致性问题；其次，通过基于SIFT 特征点的准稠密匹配能够快速获得更多可靠而准确的匹配点；最后，利用相机参数标定结果和匹配点实现稠密的、高精度的星球漫游车环境地形重构。实验结果证明了该方法的有效性。

为了解决红外偏心摄影验光所得眼瞳图像亮暗分界模糊等问题，提出了基于图像处理的对眼瞳图像几何参数进行测量的方法。关键技术是利用曲波变换和最小二乘拟合对边界定位。该方法通过红外偏心摄影光学系统对眼瞳图像进行摄取，利用曲波对图像进行去噪和边缘粗略位置检测，进而由最小二乘拟合边缘点和瞳孔更精确地定位，得出轮廓曲线的平面几何参数，从而计算得到眼瞳屈光度。实验结果表明，该方法稳定性好，实时性较优，可有效提高眼睛屈光度的精度测量。

提出一种新的在中心站使用单个光源的全双工光纤无线通信系统。该系统在中心站基于半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制效应，产生用于下行链路传输的40 GHz 毫米波信号。下行链路的基带信号仅调制于一个光载波边带上，而上行链路数据在基站中调制于来自中心站的光载波并发射回中心站。在40 km 的传输距离内，双向误码特性都没有基底，下行链路功率代价为3.5 dBm，上行链路功率代价小于0.5 dBm，成功地实现了速率为2.5 Gbit/s 的双向链路传输。系统在远距离传输中显示出较好的性能，在高射频波段和多信道全双工系统中有着重要的应用价值。

本文首先设计了一种基于光偏振的基带FSO-OFDM 系统模型，阐述了其发射和接收部分光偏振调制和解调工作原理，介绍了大气散射信道模型。由于大气散射信道为频域选择性衰落信道，在此信道中，每个子载波的信道冲激响应在相干时间内的值保持相关性，因此本文利用同一子载波中距离小于相干时间的连续若干个OFDM符号信道特性之间的相关性，采用LMS 算法对未来符号位置迭代的初始值进行预测，再进行迭代得到信道冲击响应值。在本系统中，水平和垂直线偏振光经过的光路相同，因此信道特性基本一致，最后再通过对两路信道估计值进行加权，得到更加准确的信道预测值。通过仿真进行验证，结果表明，在散射信道中(最小均方)LMS 算法可以很好的对信道进行跟踪，同时系统误码率可得到大约2 dB 的改善。

对比SOA 的交叉增益效应，基于EAM 的交叉吸收效应实现波长变换具有结构简单、转换效率高等优点。文中分析了MQW-EAM 交叉吸收效应实现波长变换的原理，设计了实现波长变换的实验装置，并对现有的EAM的交叉吸收效应模型进行了改进，使其可用于多光束信号注入情况。并分两种情况对EAM 数学模型进行了详细分析，根据模型仿真得出了单高斯脉冲注入和强信号注入下的载流子浓度关系图，仿真结果与事实原理吻合较好。

提出一种基于双树轮廓波变换的纹理图像检索方法。双树轮廓波由塔型双树方向滤波器组构建，它保持了轮廓波灵活的方向选择性，同时克服了传统轮廓波不具有移不变性的缺点。根据双树轮廓波系数的统计特性，本文利用广义高斯分布对各子带进行建模，采用矩估计法提取模型参数，并用KL 距离度量图像之间的相似度，实现纹理图像检索。为评价检索性能，从Brodatz 图库创建了包含800 幅纹理图像的数据库。实验结果表明，本文算法的平均检索率比基于小波和轮廓波的方法分别提高了10.46%和6.94%，而且保持了较高的计算效率。

针对均值漂移算法收敛速度较慢的问题，本文提出了基于共轭梯度的快速均值漂移算法，并将其用于图像分割。该算法利用共轭梯度法简便，存储需求小，收敛速度介于最速下降法和牛顿法之间，具有较好的全局收敛性和较快的收敛速度的特点，通过交替执行均值漂移算法和共轭梯度算法提高经典均值漂移算法的收敛速度。对合成图像和真实图像的实验结果表明了新算法不但提高了经典均值漂移算法的速度，而且在进行图像分割时保持了良好的分割结果。