针对激光制导**半实物仿真中的光斑大小仿真需求,通过对激光导引头的工作原理进行分析,本文建立了实验室环境下的目标光斑位置和大小变化的仿真模型;根据相似性原理,提出了采用光学扩束系统来控制光斑大小的变化,从而模拟真实环境下激光导引头所敏感到的目标光斑大小实时变化;基于模型进行了激光半主动炸弹光斑大小仿真实验。实验结果表明,目标光斑大小仿真模型是正确的,仿真方法是切实可行的,满足了激光制导**半实物仿真的要求。

为了设计更多有效的独立分量分析（ICA)算法,本文提出了ICA 梯度下降算法（GDA)的一般框架,覆盖了许多目前流行的算法,如Infomax,MMI,MLE 等等。该框架由一种新的基于II 类超加（减)性函数的参比函数理论导出,并采用推广的EASI 形式作为更新规则来获得更好的性能。同时本文也展示了一个基于二次熵函数的框架使用例子,并提出了其梯度的快速计算方法,最后仿真证明了它的有效性。实验结果表明,该框架非常实用,可作为开发更多有效ICA 算法的有利工具。

将人类视觉特性中灰度敏感程度和颜色相关性引入到图像增强中。选择HSV 彩色空间,提出最优可见偏差(OND)引导的非锐化掩模(UM)图像增强算法(OND-UM)对亮度分量进行边缘和细节增强,其中通过数值拟合得到了OND 曲线,并构造了基于局部方差的自适应增益函数以实现对不同细节区域增强强度的自适应调整;尤其针对含有低对比度区域图像,利用Otsu 分割方法确定阈值的分段自适应拉伸函数进行图像的全局调整和对比度增强;而饱和度分量进行直方图均衡,色度分量保持不变;颜色空间转换后再进行基于改进的颜色相关性统计的RGB空间颜色校正。仿真结果表明,OND-UM 对连续边缘增强和边缘噪声抑制方面较优,而颜色校正后的图像色彩更丰富艳丽,更符合人眼视觉。

感兴趣区域(ROI)编码可以在低码率条件下获得高质量的局部感兴趣区域,或在图像渐进传输中使感兴趣区域获得优先传输。本文在分析了当前各类ROI 编码方法的基础上,基于SPIHT 算法提出了一种支持多个任意形状感兴趣区域并生成可任意截断码流的ROI 编码算法。该算法在SPIHT 算法中嵌入了重要系数的ROI 掩膜信息,使编码器同步地进行图像和ROI 形状的编码,使得生成的码流具有任意可截断的特性。文中还就图像ROI 编码的质量评价指标进行了讨论,并给出了一种充分考虑ROI 和背景的重要性与面积比例差别的图像质量评价指标,称为重要性-面积加权峰值信噪比(WPSNR)。实验结果表明,该算法支持有损到无损的多个任意形状ROI 的图像编码,而且ROI 优先级可调,能够生成具有嵌入式可截断性质的码流,在任意地方截断仍能保证解码器所需的图像信息和ROI 掩膜信息,且计算复杂度和SPIHT 相当,压缩效果高于BbB 移位算法。适用于低码率应用或感兴趣优先渐进传输的应用。

在固定大视场光电探测系统图像中,远距离空间目标运动角速度慢、星像小,难以从众多恒星星像中有效检测到。针对上述问题,提出了一种基于恒星配准后差分相乘的缓动弱小空间目标检测算法,首先在空域上利用形态学Top-hat 滤波抑制背景增强目标,然后在时域上将恒星配准后差分相乘增强缓动弱小空间目标,最后经自适应门限分割与航迹关联进行目标确认。实测结果表明,算法全面考虑了缓动弱小空间目标在时域及空域方面的特性,能有效地从复杂背景中检测到低信噪比缓动弱小目标,并满足实时性的要求。

视网膜识别技术稳定性好,安全性高。常规眼底相机获得的图像分辨力低,给图像编码和模式匹配带来困难,使得基于常规眼底相机的视网膜身份识别技术难以推广应用。利用自适应光学眼底视网膜高分辨力成像技术采集眼底视网膜高分辨力毛细血管图像,经归一化和滤噪后,采用Gabor 滤波算法进行特征提取,汉明距离进行模式匹配,对实验样本进行了准确的身份识别,验证了该技术的有效性,拓展了自适应光学眼底视网膜高分辨力成像技术的应用范围, 在某些要害部门可能发挥重要的安保作用。

给出了一种双片式可调节人工晶体模型,并通过符合实际人眼情况的模拟方法,即人工晶体在眼内移动后,在接近相同人眼成像质量条件下,比较了正透镜－正透镜、负透镜－正透镜、正透镜－负透镜三种不同组合形式的双片式可调节人工晶体和单片式可调节人工晶体对人眼屈光调节力影响,结果表明:当正透镜－负透镜组合的双片式可调节人工晶体的正透镜在相对负透镜移动的距离与单片式可调节人工晶体在眼内移动距离相等时,该型双片式可调节人工晶体使人眼获得的屈光调节力明显较高,且屈光调节力的大小随正透镜和负透镜屈光度的增大而增大,正透镜－正透镜、负透镜－正透镜型人工晶体屈光调节力低于单片式人工晶体,对人眼成像质量影响较大的球差Z40 项从0.096 到0.263 变化,人眼屈光调节力仅改变0.03D,以上所得结论为设计新一代的双片式可调节人工晶体提供了一定的理论基础。

采用计算机辅助工程分析技术(CAE)对某空间光学遥感器反射镜支撑结构进行设计和分析,针对其在自重工况下满足结构刚度要求的同时热尺寸稳定性显著超差的情况,对支撑结构进行改进,变刚性支撑为柔性支撑,弱化结构刚度,增强结构的柔性。通过对改进后的结构进行建模和仿真分析,调整柔节参数,使反射镜组件在自重工况下满足结构刚度要求的同时,具有良好的热尺寸稳定性,镜面面形精度达到成像质量要求,即PV 值不大于63.2 nm。通过进一步对整个组件结构进行动力学分析可知,结构在正弦扫描和随机振动工况下不会发生颤振、疲劳和破坏。仿真分析结果表明: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,面形精度均满足成像质量要求,结构尺寸稳定性好,说明这种柔性支撑结构合理可行。

针对以3-RPS 并联机构为核心的光电跟踪系统支撑结构,运用矩阵全微分理论,建立了基于Rodrigues 参数的机构位姿误差模型。针对机构可达空间内各误差来源,提出了一种通过归一化描述灵敏度的新方法,并建立基于数学统计意义的灵敏度系数数学模型。通过此模型的数值仿真,可知在机构设计、加工以及装配过程中,对机构驱动误差与定平台上轴向误差需严格控制;当定、动平台结构比例系数改变时,其对整个运动空间各误差灵敏度系数百分比改变不大,即高灵敏度的误差源仍需严格控制。根据各误差的灵敏度系数可对其标定进行修正,达到有效减小误差灵敏度系数较高的运动学参数误差的目的,实现空中目标轨迹的实时跟踪瞄准。

为了分析外弹道参数天幕立靶的测量误差,评价测量参数的精确性,结合天幕立靶的测试原理和天幕结构,研究了误差产生的因素和误差传递关系,根据试验中测得的弹道参数对天幕立靶的测量误差进行了分析,从理论上计算了五个测量参数的误差范围。通过实弹试验,对天幕立靶测得的弹丸倾角、偏角以及着靶坐标与纸靶测得的参数进行了对比,对测得的速度参数进行了对比,数据基本吻合,天幕立靶测得的数据误差均在所分析的误差范围内。试验证明,天幕立靶是一种精度高,稳定可靠的测试仪器。

为提高复杂背景条件下小目标检测及跟踪的稳定性,提出了一种基于梯度LOG 算子的光团目标检测跟踪算法。首先建立了梯度图像中小目标的成像模型,能够较好地适应背景光照变化。然后根据尺度空间的基本理论构造了一种针对该成像模型的目标检测算子,分析并证明了该算子具有尺度不变性的优点,设计并实现了基于梯度LOG 算子的小目标跟踪方案,实验结果表明:梯度LOG 算子能够较好地跟踪复杂背景中的光团目标,定位精度可达亚像素级,且具有计算量小,抗噪声能力强等优点。

对于背景呈非线性变化的复杂图像,用背景预测的方法对红外点目标进行检测时,传统的线性最小二乘法(Least Squares, LS)的效果比较差。文章使用核方法(Kernel Methods, KMs)推导了最小二乘法的非线性版本:核最小二乘算法(Kernel Least Squares, KLS);进一步推导出了更适合动态系统时序预测的指数加权形式的核最小二乘算法(Kernel Exponential Weighted Least Squares, KEWLS)。提出了一种基于核方法的红外点目标检测算法,先用KEWLS 非线性回归算法预测红外图像背景,再通过自适应门限检测残差图像中的目标。非线性函数回归和红外序列图像检测实验表明核方法较大地改进了算法的非线性函数估计与红外背景预测能力。

提出了一种评价光电经纬仪跟踪性能的新方法。该方法采用BP 网络结构进行系统辨识,得到光电经纬仪跟踪误差等效模型。为了提高BP 网络训练速度,对网络进行训练时采用了LM(Levenberg-Marquardt)算法。将等效正弦信号输入等效模型中,通过对输出数据进行处理,即可获得光电经纬仪跟踪性能评价结果。利用该方法得到的等效模型估计误差均值2.587 2e-006°≈0°,最大误差3.6″,标准差1.6″。结果表明基于BP 网络辨识的等效模型能够满足跟踪性能评价要求,实现了对光电经纬仪跟踪性能进行准确评价。

介绍了微机械薄膜变形镜(MMDM)面形影响函数的意义,并测量了Oko 公司37 通道MMDM 的面形影响函数矩阵,实验验证了镜面形变和单个驱动电极电压平方之间的线性关系,分析了变形镜的校正能力,建立了自适应光学系统闭环校正的模型。搭建基于MMDM 的自适应光学实验系统,采用人眼出射波前作为原始波前进行实验,结果表明,模型能快速有效的对动态畸变波前进行校正,为基于MMDM 的自适应光学系统提供了算法支持。

针对随机并行梯度下降(SPGD)算法实时性强,同时具有一定的灵活性的要求,本文提出了一种基于FPGA的SPGD 算法硬件实现方法。该方法首先划分了各功能模块,然后对关键模块进行了实时化处理,并使用“流水线”和RAM 技术设计了可升级和扩展的变形镜控制模块。最后将该算法实现并应用到61 单元自适应光学激光实验中,结果表明本文的设计可使用不同的性能指标实现变形镜的SPGD 算法闭环控制,并能同时完成倾斜镜的控制,达到了实时性和灵活性的要求。

传统累积量反演算法是一种经典的纳米颗粒反演算法,但是利用传统累积量算法对颗粒粒径进行计算时基线值的不同会影响颗粒粒径信息。提出采用一种自动基线拟合的累积量算法,此方法利用光子相关光谱函数作为目标函数进行反演,直接拟合基线值及颗粒粒径信息。利用光子相关光谱实验台对90 nm 的乳胶颗粒进行了测试并采用以上两种累积量算法进行数据处理,实验结果表明采用传统累计量算法,由于基线值的不同和噪声的影响,其结果受相关时间影响较大,而采用本文自动基线拟合累积量方法,其测量结果其稳定性好,基本不受相关时间影响。

为了研究列车高速运行过程中的轮轨接触状态,利用图像测量原理研制了便携式的轮轨接触状态可视化检测装置。通过钢轨内外两侧安装的高速摄像机,同步采集列车高速通过特定测量区域时的轮轨接触图像, 再利用图像处理算法获得每个采样位置的轮轨外形轮廓,识别出轮轨异常接触状态,计算测量区域的轮轨接触轨迹。本文介绍了系统测量原理,重点设计了高速摄像机系统的参数,并给出了静态、动态和高速正线试验条件下装置安装可行性和检测性能的验证结果。

针对导弹预警卫星系统中的真假弹头识别问题,提出了一种在决策系统中对弹头目标识别的新算法。该算法提出用弹头的温度变化率、热容差异、辐射强度、灰度特性、红外运动特性等红外特征作为弹头目标识别特征量,运用多属性决策中的AHP 方法进行信息融合,并对属性重要性判断矩阵采用模糊动态法进行构建,有效地解决了属性权重随时间变化的问题。最后根据融合结果排序,识别真弹头。通过仿真实验证明了该算法的有效性。

为了更加有效地采集物体的三维表面信息,使用结构光技术构建新的三维表面数字化检测平台。结合格雷和相移编码各自所具有的优势,提出了一种新的复合编码法,首先将图片分成一定的区域,然后在各个区域单独投影结构光条纹,之后每幅相移图依次向右移动一定像素。由于该法对投影的简化使编码周期明显缩短,减少了图像处理的数据量,从而提高了扫描速度,尤其适合于实现快速的三维模型重建。在自行研制的三维表面信息采集实验平台上进行了实验,新方法的有效性得到了证明。

以无人飞艇为空中载体的光电探测系统可实时对地面敏感地区进行长时间大范围监视和小目标跟踪,特别适合抗震救灾等特定重大任务。本文采用两轴双框架结构、三环控制方法,并加入双GPS 信息,设计一种基于艇载的增强型光电探测系统,详细阐述了该系统的结构设计、功能划分、控制系统以及软硬件设计方法。通过系统指标测试与实际飞行实验,验证了该系统的正确性和可靠性。

为了测试评估激光探测系统的有效作用距离,基于室内大气激光传输过程模拟,本文提出一种简易估计激光探测作用距离的方法,分析了大气传输的特性及室内模拟实现方法,模拟搭建了激光探测系统并对其进行了室内试验测试和外场实地验证,得到了一些有益参考数据,针对室内、外场试验数据偏差现象,定性分析了误差影响因素。试验结果表明,该方法简单、可行,可简易估计激光探测系统的作用距离,为外场测试提供参照范围,增强外场测试针对性进而提高测试效率,为测试评估激光探测系统作用距离提供了有益参考。

针对传统点扫描OCT 系统的成像速度对OCT 在实际研究和应用中的影响,本文提出并搭建了一种高速无扫描频域OCT 系统,对该系统的成像分辨率、探测深度与各种噪声进行分析,并提出一种新的消除背景噪声的方法。该系统根据频域OCT 和成像光谱仪的基本原理和工作特性,采用一种新的干涉光路以线聚焦方式对样品进行高速数据采集。实验结果表明,这种系统无需任何扫描装置就可得到二维层析图像,在对载玻片8 mm 宽度范围成像时,其速度比传统点扫描方式快两个数量级;利用文中提出的数据处理方法成功将背景噪声消除。

为了减小由于同轴数字全息系统的较大焦深而导致粒子的轴向深度定位具有的不确定性,本文提出了一种用于粒子轴向精确定位的基于最大梯度的自动聚焦算法。自动聚焦算法对包含粒子的对焦窗口中求出任意可能方向的梯度,比较后得到最大的梯度,利用最大的梯度作为最后的结果,其它的则丢弃。同时,考虑到自动聚焦算法的精确度和算法的稳定性,再引入阈值参数,利用这个阈值可以很好地滤除粒子再现像中的背景信息和噪声带来的干扰。经实验表明,该算法具有较好的单峰性和稳定性。

本文推导了复合抛物面聚光器的轮廓曲线方程,分析表明,复合抛物面聚光器的结构决定于视场和底部半径两个参量,其底部半径一定时,视场越小,高度越大、聚光能力越强;复合抛物面聚光器的截取比越大,聚光能力越强;随着视场的增大,复合抛物面聚光器的聚光能力受截取比的影响减小。利用基于多次散射的蒙特卡罗模型对光散射通信的传输进行模拟,结果表明,复合抛物面聚光器应用于光散射通信的接收天线,能增加对光信号的采集,有助于增加通信距离。

本文提出了一种在波分复用无源光网络(WDM-PON)中传输模拟或数字有线电视(CATV)信号的高性价比的方法,并对CATV 信号在其中传输的性能进行了详细的分析。建立了包括宽带光纤放大器自发辐射(ASE)光源、马赫—曾德尔调制器、滤波器、传输光纤、光电探测器等的基本光链路分析模型,着重分析调制深度、平均接收功率和ASE 分割带宽对信噪比的影响;理论分析和数值仿真表明,在满足传输电视信号传输带宽750 MHz 的前提下,信噪比在43 dB 以上,满足光纤到户传输要求。实验结果表明,加入EDFA 可以有效抑制相对强度噪声,使信噪比提高3-4 dB。

针对基于对象的图像检索问题,利用模糊支持向量机(FSVM)提出了一种新的多示例学习算法—FSVM-MIL算法。在标准的多示例学习问题中,一个包被标为正包,则它至少包含一个示例是正的,否则被标为负包。FSVM-MIL 算法将图像当作包,分割后的区域当作包中的示例,若图像包含有感兴趣对象,则对应的包标为正,否则标为负,因为正包中的示例不全是正的,概念标号存在模糊性,本文利用多样性密度方法寻找概念点,根据noisy-or 概率模型定义了模糊隶属度函数,为正包中的示例赋予不同的模糊因子,用FSVM 求解多示例学习问题。在SIVAL 图像集进行对比实验,结果表明FSVM-MIL 算法是有效的且性能不亚于其它同类方法。