基于像素层面的混合高斯背景建模方法不能很好的解决动态背景中的运动目标检测问题。由于背景像素运动的复杂性，该方法很难将动态背景建入模型，会造成大量的误检。本文在混合高斯背景建模的基础上，通过空域和时域对动态背景产生的误检进行抑制。在空域运用MRF 模型和混合高斯模型分别计算像素点的先验概率和类条件概率，通过结合像素点的先验概率和类条件概率完成前景图像的分割，在很大程度上去除了小面积的误检；在时域通过目标的运动持续性，运动显著性和面积变化稳定性三个目标特征过滤大面积的误检。通过实验表明，在保证较高检测精度的情况下，该方法能够在很大程度上抑制动态背景产生的误检。

针对当前二维最小交叉熵阈值法存在计算复杂度高等问题，提出了一种改进的二维最小交叉熵阈值分割方法。首先，依据图像的含噪声类型选择邻域模板并建立相应的二维直方图来提高分割效果；然后，对二维最小交叉熵公式进行推导和简化处理，利用定义的数组运算推导出新型递推算法，再确定图像及其邻域图像的实际灰度级别范围，并用这种新算法在所求的灰度级别范围内搜索最佳阈值向量来降低计算复杂度；最后，使用关键阈值对滤波后的图像进行分割达到最佳的分割效果。仿真实验结果表明，与当前的二维最小交叉熵阈值分割法相比，本文提出的方法不仅分割性能及抗噪性能更强，而且分割时间大大减少，小于0.05 s。

传统迷彩大都是由不规则的斑点或条纹组成，其边缘平滑、不同色彩间界限分明，视觉区分度强，以致隐蔽的效果大打折扣。数码迷彩能够有效破坏伪装目标的外形，使不同色彩间的边界模糊、破碎，具有良好的伪装隐身效果。本文提出了一种根据目标背景图像生成数码迷彩的算法，它首先将背景图案的颜色量化，提取出背景主色，然后确定马赛克方块的大小，最后生成数码迷彩。实验表明，利用此算法生成的数码迷彩相对于传统迷彩能够更好地与自然背景相融合，达到良好的光学伪装效果。

为了合理量化光电图像的背景杂波，针对采集的测试图像，用边缘概率尺度、统计方差尺度和相位相关尺度等三种背景杂波尺度进行了计算。以目标获取性能统计结果为基础，对这三种尺度的性能进行了验证。研究结果表明边缘概率尺度性能比较稳定；统计方差尺度的性能受图像中灰度起伏的影响比较大，对于背景的统计方差均值与目标的显著性不一致的场景，不适于用该尺度进行杂波量化；而相位相关尺度的性能受均匀背景的影响比较大，更适用于整幅图像所含信息量比较大的情况。

针对SAR (Synthetic Aperture Radar) 图像全自动配准问题，本文提出一种基于仿射不变SIFT (Scale InvariantFeature Transform) 特征的精确配准方法。该方法首先对传统SIFT 方法改进构建具有仿射不变性的SIFT 描述子，并利用该描述子对提取的控制点进行粗匹配，然后由粗匹配点对的尺度比和方位差及其邻域的灰度相似性构建新的相似矩阵，最后利用SVD (Singular Value Decomposition)方法确定精确匹配点对，求出变换参数从而实现图像的精确配准。实验结果表明该方法优于传统的SIFT 方法和SIFT＋SVD 方法并且可以达到亚像素的配准精度。

针对场景分类问题，本文提出一种基于图像局部边缘区域的EILBP (Edge Improved Local Binary Pattern)视觉特征描述结合PLSA 模型场景分类方法。EILBP 视觉特征通过利用局部边缘区域的梯度、方向分布与特征的局部空间分布等信息对图像进行充分合理地描述。首先对场景图像边缘轮廓稠密采样，得到以稠密采样点为中心的图像局部边缘区域并提取区域的EILBP 特征作为视觉词汇，对视觉词汇聚类形成视觉词汇表(码本)；然后，用词袋(BOW，Bag-Of-Words)模型描述图像；最后，利用PLSA 模型对图像的词袋模型进行潜在语义挖掘并用判定式KNN 分类器进行场景分类，得到测试图像集合的混淆矩阵。在多类场景图像上的实验表明，本文所用的方法不需要对场景内容进行人工标注，具有较高的分类准确率，且对具有边缘轮廓的图像分类精度较高。

提出了一种基于小范围边缘区域搜索的虹膜定位算法。首先，利用瞳孔的灰度特征对虹膜图像进行二值化及形态学处理，结合对原虹膜图像的Sobel 检测结果得到部分虹膜内边界；然后利用Canny 算子结合虹膜的几何特征划分出一小范围的外边缘待搜索区域。在待搜索区域中，利用本文根据大量实验提出的虹膜外边界五个特征来确定部分虹膜外边界，最后用最小二乘法来进行内外边界的拟合，从而定位虹膜。实验结果表明，该算法性能稳定，搜索范围小，定位速度大幅提高，且对不同质量的虹膜图像均取得很好的定位效果。

在视频图像运动目标的状态估计与跟踪问题中，常用的扩展卡尔曼(EKF)算法简单、计算量小，但仅适用于弱非线性和弱高斯环境下。本文提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)与简化交互多模型(IMM)算法相结合的视频图像运动目标跟踪算法，有效地克服了EKF 算法在强非线性状态下或对小运动目标跟踪时精度低，容易发散的问题。仿真结果表明，该算法估计和跟踪非线性目标的性能明显优于基于EKF 算法，其跟踪精度可达到三阶(泰勒级数展开)精度。

Curvelet 是一种多尺度多方向的图像变换工具，能有效克服小波在表达图像沿边缘奇异特征时的冗余，形成特征的稀疏表达。进一步考虑高维图像可能存在于一个低维流形上，所以提出将曲波提取到的特征应用流形学习处理以发现其低维结构应用于人脸识别。实验表明Curvelet 提取到的特征经LLE 处理后能找到优于LLE 下的流形结构。和已有Gabor 结合流形学习人脸识别的比较研究说明，曲波结合流形学习的方法获得了高于Gabor 结合流形学习的识别率，在Essex 表情库和YaleB 光照库上的实验证明了这一点。

提出了一种新的基于统计与模糊隶属度的光学字符特征提取方法，可以快速准确地识别受噪声污染的光学字符。相比传统算法，本文方法的特征空间区分度更高，最小类间距离扩大33.2%以上。应用在径向基函数(RadicalBasis Function，RBF)神经网络中，在字体字号变化且有背景噪声污染的影响下，识别率高达99%以上，且相比直方图投影法提速75%。理论分析与实验结果表明，与传统方法相比，该算法抗噪能力更强、模式区分度更高、时空复杂度更低，更简约、更全面地覆盖了字符的特征，应用范围广。已应用于实际系统，取得很好的实验结果。

针对红外图像中弱小目标的检测需求，文中提出基于尺度不变特征变换Scale Invariant Feature Transform（SIFT）和加权信息熵的红外小目标检测算法。该方法根据红外小目标的成像特点，采用SIFT 特征描述子进行关键点的提取，利用帧间的匹配初步获得了目标的可能位置；进一步使用红外图像加权信息熵得到图像在灰度信息和平均信息量意义下的特征；再针对复杂云背景成像弱小目标实时检测的需要对计算出的特征进行再一次判定进而检测出目标。实验结果表明该方法在天空云背景中处理效果较好，具有良好鲁棒性。

研究了单帧红外图像小目标的检测问题。对传统基于数学形态学的Top-hat 算子进行分析和实验，发现依靠单独的Top-hat 算子并不能准确地检测出目标，文章在Top-hat 算子的基础上，利用一种分块自适应阈值和小范围内目标检测的方法进行目标检测，通过MATLAB 仿真发现，这种方法能够在一定程度上提高单帧图像目标检测的成功率。通过在两个不同的场景中的实验结果分析，发现这种方法不仅适应于单一环境，在实际应用中具有一定的鲁棒性。

为了满足半导体激光器线阵的远距离应用要求，需要对激光束进行准直处理。提出了一种由垂直双半圆柱透镜组合阵列构成的准直器，采用光线追迹的方法推导了激光束通过准直器的传输方程，分析了光线出射角与透镜阵列参数之间的关系，得出了准直器的最优设计参数，然后在Zemax-EE 非序列模式下仿真了此准直器的三维效果图以及探测器成像效果，得到的激光光斑接近于矩形，非相干照度集中在中央区域，并且经过准直器后的发散角大约为3 mrad。设计的准直透镜可以同时压缩快慢轴的激光束发散角，制作简单，安装方便。

以现有的目标获取性能模型NVESD 为基础，分析杂波对于“人在回路”系统目标获取性能的影响，并针对激光干扰图像的特点，将杂波修正后的目标获取性能模型运用到激光干扰图像研究中，提出一种基于图像边缘概率尺度的激光干扰效果评价方法。该方法结合人眼的目标获取任务，从激光干扰如何影响人眼的搜索探测概率角度来研究激光干扰效果。对于CCD 探测器的干扰实验结果表明，该方法能够反映激光干扰图像对于搜索探测概率的影响，较好地反映了激光干扰效果，从而验证了方法的有效性。

为了提高Nd:GdVO4 晶体直腔式蓝光激光器的热稳定性，本文在分析了端面泵浦情况下Nd:GdVO4(钒酸钆)晶体的热透镜效应，着重讨论了447 nm 蓝光激光器的输出功率波动与热透镜焦距之间的关系。与此为依据，在传统基模动态稳定腔设计方法基础上加以改进，借助MATLAB 数学软件及Matrix Laser 谐振腔设计软件，通过对谐振腔腔长、输入和输出镜曲率半径及腔内各个元件所处位置等参数进行优化。通过模拟及实验结果证明按此方法所设计的谐振腔具有良好的动态热稳定性。

本文介绍了激光半主动制导**目标模拟系统中宽范围、高精度、无级激光能量衰减单元。它由大小两个棱镜、精密位移平台、控制器、光栅尺组成。其激光能量调节原理基于朗伯定律，只需改变光束穿过物质厚度，即可改变光强。系统实现激光能量的宽范围、高精度、高动态连续无级调节，与传统的激光能量大小调节系统相比较，它解决了能量变化动态范围小、线性度不好、需要多级级联等问题，同时具有结构简单、稳定性高、加工成本低等优点。使用1 064 nm 激光器进行了实验与测试，并给出了设计方案及其实现过程，对激光能量大小调节的研究起到了推动作用。

为满足大气CO2 吸收光谱测量的要求，基于成像光谱仪基本工作原理和光学设计理论，设计了一种近红外CO2 吸收光谱高光谱分辨率成像光谱仪。它采用简单平面反射光栅光谱仪结构，由入缝、两片聚焦透镜、平面反射光栅及两片成像透镜组成。透镜材料为普通常用光学玻璃，为减化系统结构透镜采用了二次非球面设计。采用ZEMAX 软件对近红外光谱仪的光学系统进行了优化设计与模拟分析。最终设计与模拟分析结果表明，该光学系统光谱范围为1 591～1 621 nm，分辨率<0.08 nm，F 数为1.8，满足设计要求。

用傅里叶红外光谱仪对红外光谱进行测量时得到的是整个波带内的光谱图，有时我们只关心某一波段的光谱图，这时就必须对光谱图进行细化。本文将Chirp_z 变换方法用于红外光谱的细化，利用该方法的局部光谱细化能力，有效实现了红外光谱图的局部放大。该方法可以在采样点数不变的情况下实现任意波段范围内的红外光谱图的细化，同时由于局部范围内采样分辨率的提高，将获得更高精度的红外光谱图。理论推导和实验结果表明，Chirp_z 变换具有精度高、速度快和灵活性强的特点，具有很高的工程应用价值。

为改善常规马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器的输出特性，提出了一种将光纤环型腔加入非平衡马赫-曾德尔干涉仪的干涉臂中构成的新型波长交错滤波器，运用光纤传输理论和矩阵理论，得到该器件的输出表达式。通过数值模拟分析了光纤环型腔的耦合比和光纤臂长差对该波长交错滤波器性能的影响。结果表明：组成滤波器干涉臂的两对臂长差相等时，光纤环型腔的耦合比取一些定值可得到平坦的输出光谱，该器件在3 dB 处，奇信道带宽大于15 GHz 用于10 Gb/s 的传输，偶信道带宽大于60 GHz 用于40 Gb/s 的传输。这种滤波器在10 Gb/s 向10Gb/s+40 Gb/s 升级过程中作为复用-解复用器具有很大优势。

针对日食照片蕴含恒星内部运动的大量信息的特点，本文提出等高线处理日食照片的方法。该方法根据黑体/灰体辐射原理，等亮度处的温度近似相等，采用对数字图像以给定阈值作二值化处理，生成黑白图像；再二次微分获边界线即为指定色阶的等高线。尝试、选定特殊的等高线标识日食图片，从日冕部分获得了太阳表面喷发、炽热气流垂直和水平运动，粒子束和日珥的分层结构及其发展趋势，色球层结构。实验结果表明，等高线可标识出人眼无法看到的暗场结构；低ISO、适度曝光、未PS 的图片，可获得更丰富的日食下的太阳或者恒星大气运动细节信息；并发现喷发及其溅射物质外形和太阳风的结构。

现代空间光学遥感器向着大口径、长焦距的方向发展。焦距变长意味着主次镜间隔变长，也就意味着次镜的系统公差更难保证。针对次镜严格的公差要求，本文提出了一种空间桁架结构的设计理念。根据静定空间桁架原理，设计了两种结构方案，采用有限元分析软件，对两种方案进行了分析，求得前三阶固有频率、绕X 轴的倾角和Y 方向刚体位移。分析结果表明，设计方案1 的一阶模态为78 Hz，绕X 轴的倾角为2″，沿Y 轴的最大刚体位移是0.04 mm；设计方案2 的一阶模态为113.7 Hz，绕X 轴的倾角为1.5″，沿Y 轴的最大刚体位移是0.022 mm。两种方案都能满足设计要求，而方案2 比方案1 有明显优势。静定空间桁架原理为空间相机结构设计提供了可靠的理论依据。

流感疫苗血凝素含量的测量，采用单向放射免疫扩散法，其关键在于扩散环直径的确定。传统采用游标卡尺或高清扫描图像方法测量扩散环直径，存在人为干扰，测量精度与稳定度低。本文基于机器视觉技术研制了血凝素含量自动测量仪，利用CCD 相机采集扩散环图像，用图像处理算法测量扩散环直径，实现了扩散环直径数据获取、血凝素含量计算与结果数据分析等操作的自动化与智能化，有效消除人为干扰，提高测量精度。实验表明，该测量仪测量精度可达2 μg/mL，相关参数R2>0.99，稳定度高，变异系数小于1%，满足实际测量需求。此仪器适应于各种型别的流感疫苗血凝素含量测量，且测量结果易于保存、传输，便于二次处理。

根据一般扩展目标的性质，结合某些高速扩展目标分离(如高速再入大气层的目标)的实际情况，分析了此类目标发生分离、特征产生剧烈变化的特点，指出了一般图像跟踪算法中基于对比度跟踪算法在此情况下难以适用的原因，并综合这些算法的特点，提出基于光学图像序列的加权多边缘跟踪算法，结合FDEKF 滤波，实现了对此类(超)高速扩展分离目标的自动稳定跟踪。通过对多个此类目标序列图像进行仿真验证，并与其它四种基于对比度的跟踪算法所得结果进行比较，结果表明，该算法稳定性好、精度更高，且易于实现。

本文提出了基于数字图像处理和精密机械动作大于光学显微镜观察视野(0.647 mm×0.483 mm)的微小物体的三维重构方法。该方法首先运用光学聚焦原理采集不同焦平面上的图像组序列，采用图像拼接算法，拼接出研究对象的整体图像。然后采用图像块分割算法和灰度差分算子对图像序列进行分析。最后结合聚焦合成的叠合算法快速地实现了微小物体的三维重构。实验表明，该方法简单有效，所生成的三维重构效果图提供了微小物体的更加丰富的信息。

提出一种新的二元条码设计方法，可用于绝对式光电位置编码。传统的光电编码器主要基于莫尔光栅条纹技术，把位移量变为电脉冲，结构简单，但由于增量式相对测量方式，从而使得光电编码器的应用受到了限制。本文提出的二元条码设计方法，在单码道上设计了包含三种频率信息的光栅，采用二元脉冲编码调制和误差扩散的方法形成二元条码标尺。在光电位置编码器中，标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD 上。对CCD 获取的该段条码信息进行傅里叶变换，滤波和逆傅里叶变换，得到三种频率光栅的相位信息，采用小数重合法得到该段条码的绝对相位分布，从而得到绝对位置信息。新的方法保留了单码道光栅莫尔技术结构简单的优点，同时又能像多码道光栅编码器一样实现绝对位置测量。文中给出了编码方法的详细描述，条码信息处理方法，计算机仿真实验结果，最后给出了绝对式光电位置测量的实验结果。本文提出的方法在绝对式光电位置编码器和数字水准仪等领域具有一定的应用前景。

Fizeau 干涉仪由于具有参考光与测试光共光程的优点成为多数干涉仪采用的结构形式，对于干涉仪的结构及其影响因素在理论上已进行了较广泛的研究。但如何对Fizeau 干涉仪进行仿真是干涉仪检测所面临的问题。本文首先简要介绍Fizeau 干涉仪及相位解包裹的基本原理并利用Matlab 编写了基于矩形域的解包裹程序。然后利用Zemax 光学设计软件建立起Fizeau 干涉仪通用模型，利用四步相移法对干涉仪的面形检测进行仿真并利用编写的解包裹程序计算出待测面的面形。仿真面形检测结果与真实情况一致表明Fizeau 干涉仪通用模型能较好的对实际干涉仪面形检测进行仿真。