提出了一种将粒子滤波和CamShift 相结合的多特征视觉跟踪方法。通过CamShift 对粒子的位置和尺度同时进行优化,使得跟踪窗口能随着目标尺度的大小变化相应调整。同时采用自适应方式将颜色信息和运动信息在CamShift 优化的粒子滤波框架下有效结合起来。该方法使用CamShift 对粒子传播进行优化,每个粒子都收敛到目标附近,粒子的有效性得到提高。实验结果表明,使用10 个粒子的CamShift 优化的粒子滤波的跟踪误差小于100个粒子的传统粒子滤波的跟踪误差。并且由于多特征的使用,目标在受到背景相似物体干扰和场景光线发生显著变化等情况下仍能实现稳定的跟踪。用较少的粒子就能实现稳定的跟踪,减少了计算代价,提高了跟踪的鲁棒性。

针对传统的线性插值算法存在的边缘模糊问题,本文提出一种新算法。首先采用距离平方反比的插值方法在插值点邻域内计算水平、垂直和对角三个方向共6 个插值,然后以插值距离和方向梯度构造权重,进行数据融合获得最终插值。该算法既考虑了插值距离因素,又考虑了插值方向梯度信息,有效地保护插值图像的边缘和纹理信息。实验结果表明,该算法的插值图像比传统的双线性插值法均方误差降低而平均梯度增加,是一种提高插值图像分辨率的有效方法。

分析了压缩传感逐帧重构视频信号的不足。针对这种方法的缺点,提出了一种多帧按组重构的压缩传感视频重构算法。在观测阶段对视频帧逐帧进行随机观测,在重构阶段利用视频信号帧内、帧间的相关性,将多帧视频信号看作三维信号,采用迭代收缩法在每步的迭代过程中用残差来更新重构信号,并利用三维变换,如三维双树复数小波变换等对每步迭代后的重构信号进行阈值处理。实验结果表明,能通过随机观测值精确的重构原始视频,达到较高的信噪比,说明有效地利用了视频帧间的相关性,消除了逐帧重构时的帧间抖动现像。

在很多场合的应用中,利用图片做数据挖掘之前,有必要区分计算机生成图片和相机拍摄图片。本文针对互联网上的商品图片集(主题为商品的图片,简称商品图)。对现有的一些分辨计算机生成图片和相机拍摄图片的方法进行了讨论。分析了各种判别方法在商品图上运行时的局限性,并提出了一种适用于商品图的简单有效的方法。该算法首先从文字图片和图像图片具有不同视角效果的角度对二者进行区分,并将文字图片认定为计算机生成图片;然后对剩余的图像图片的主颜色,颜色多样性等进行综合的判定区分出计算机生成图片。本文在一个拥有40 000 张的网上商品图片库上验证了算法的有效性。

针对小波图像去噪方法中使用的NeighShrink 方法,本文提出了一种有效的保护图像边缘的图像去噪算法。主要改进了NeighShrink 方法中固定的邻域范围,根据图像自身的性质,自适应分割成不同的邻域对图像进行去噪处理;并进一步结合小波层内相关性,对各个不规则邻域加上固定的窗口,选择了几何距离更为接近且在同一不规则邻域内的系数,以完善NeighShrink 方法。该算法采取平稳小波对含噪图像进行分解,以保持相位不变性,并对低频子带利用脉冲耦合神经网络模型进行图像分割,按照一定的规则将性质相似的像素点相接,得到原图像分割后的信息。在处理过程中利用得到的分割信息对边缘予以保护。实验结果表明,该方法在降低了图像噪声的同时又尽可能地保留了图像的边缘信息,是一种有效的去噪方法。

针对煤矿工业、散货码头等时常发生的“活埋”事故,本文应用IRCCD+CPLD+DSP 结构设计了报警系统,实现了红外图像的实时采集、处理及显示,从而对翻车机内的生命目标进行识别报警。以CPLD 为控制核心的图像采集模块,应用SAA7111A 视频处理芯片完成了图像的模数转换及时序的同步控制;以定点DSP TMS320C6416为核心的图像处理模块,对红外图像进行了增强、特征提取等操作,实现了对翻车机内生命体的识别;以555 为核心的声光报警延时电路实现了报警功能。本文最后给出了在不同的灰度分割门限下所提取的目标特征,结果表明在灰度分割门限为0.8 时已经可以得到较理想的分割结果。

衍射效率是评价二元光学器件质量性能的重要指标之一。针对反射性阶梯光栅,利用几何方法计算出斜入射情况下光束在台阶边缘的光程差的分布情况,根据多缝夫琅和费衍射推导出反射型阶梯光栅的衍射光强表达式。并在此基础上,讨论了台阶数N 取2 和N 趋向于无穷两种极限情况下阶梯光栅光强公式的变化情况,得到区别于一般文献所表达的衍射效率公式。初步试验表明,反射型阶梯光栅的衍射效率与台阶数、蚀刻深度与入射波长的比值均有密切相关。

设计了一个低噪声的EDFA,结合0.8 nm 的窄带光滤波器,采用长为10 439 m 的标准单模光纤,构成了一个有源光纤环路。对其输出特性进行了详细的测试,测试结果表明该系统具有良好的信号复制能力。基于此设计了一个光缓存单元,描述了其存储原理,定义了其单位缓存时间和最大缓存时间,实验表明该光缓存单元实现了光脉冲信号的缓存,单位缓存时间约为50 μs,复制光脉冲个数在500 个以上,相应的最大缓存时间约为25 ms。

为了使CCD 相机适应变化的环境光强,从而获得稳定的高质量图像特征,提出了一种获得稳定图像特征的电子快门自动控制算法。结合图像处理中的灰度拉伸技术,实现了一种方便、稳定及高精度的调光。其算法主要由基于场景灰度均值对数的三次多项式插值函数自动快门控制和图像灰度拉伸实现。实验结果表明,该算法具有稳定快速的收敛性,捕获的视频图像在各种条件下均具有良好的图像质量和环境适应性。

等离子体光子晶体中引入另一种缺陷等离子体层,构成一种新的等离子体光子晶体滤波器。在不需改变等离子体光子晶体几何外形尺寸的情况下,通过改变缺陷等离子体层的参数,实现缺陷等离子体等效折射率改变,使等离子体光子晶体缺陷层的谐振频率发生偏移,实现了滤波器的可调谐特性。数值模拟中采用时域有限差分算法,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的透射谱。结果表明通过调控缺陷层等离子体参数,使缺陷层的谐振频率发生偏移,从而实现等离子体光子晶体可调滤波特性。

在多传感器被动定位过程中,借助传感器之间的几何位置关系,可得到传感器和目标之间的三角函数约束。然后通过最优化方法计算各个传感器的测量误差,并用该误差修正测量值。由于最优化方法结果往往是局部最优值或者是近似最优值,导致在交叉定位过程中仍然会存在多个不重合的交叉点。本文考虑到目标定位误差不但受到传感器性能的影响,而且也受到目标和传感器之间径向距离的影响,将传感器性能和径向距离作为参数计算各个交叉点的权值,然后对交叉点加权求和,从而获得了较好的定位效果。仿真实验表明改进算法的有效性。

应用变结构控制策略时,由于系统存在时间滞后、空间滞后、死区等不利条件,会导致系统运行到相平面中滑动面时出现不期望的抖振现象。本文分析了抖振对系统性能的影响及产生原因,针对伺服控制系统存在随机干扰和随机噪声的特性,提出一种基于卡尔曼滤波的指数趋近律滑模变结构控制算法,很好地抑制了抖振。仿真算例表明,与普通滑模控制算法相比,基于该算法的控制器无论在抖振抑制上还是在伺服系统动态品质改善上都具有良好效果。

与传统曲面复眼结构不同,提出了在曲面基底上设计非均一微透镜阵列的构想。整个透镜阵列呈环状对称分布,沿径向排列的各级透镜其焦距由所处位置决定,与基底到光探测阵列的距离相吻合。根据几何光学成像原理计算了各级透镜的设计参数并通过光线追迹加以验证。仿真结果表明,这种设计可对全视场在光探测阵列上聚焦,解决了传统曲面复眼边缘视场成像质量急剧下降的问题。同时还论证了采用光刻胶热熔法在曲面基底上制作非均一微透镜阵列的可行性。

基于DILL 经典曝光模型,对其分别在深度轴和时间轴上进行扩展:在深度轴上,以基尔霍夫衍射公式为基础,引入复折射率,利用光束传输法的思想计算了某曝光时刻下胶体内部的光场分布;在时间轴上,分析SU8光刻胶的特点及曝光反应过程,建立合适的光交联反应动力学模型,计算不同曝光时刻下的光场分布。通过整个曝光模型的建立,最终给出一定曝光时间后的光场分布;结果表明,在曝光阶段,胶内深层光场整体分布随时间变化不大,曝光时间对曝光阶段光场分布的影响较小,这种影响将在后烘阶段得以放大。

采用Langmuir-Blodgett(LB)膜静电诱导沉积法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)高度有序导电聚合物复合薄膜,研究了薄膜的导电性能并进一步研究薄膜在改善器件性能方面的作用。并将其应用于有机电致发光二极管(OLED)器件的空穴缓冲层,将聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)复合LB 沉积于纳米铟锡金属氧化物(ITO)电极上,制备了以复合LB 膜为空穴缓冲层的OLED 器件。发现复合LB 膜改善了器件性能(启动电压降低、最大亮度增加),但进一步的研究表明LB 膜器件在一定时间后出现性能劣化。I-V 特性和X 射线反射率(XRR)分析表明,薄膜的结构发生一定程度的改变是导致器件性能变差的可能原因。

根据薄膜光学计算理论和最优化理论,本文提出了一种测量多层薄膜厚度的新的全局优化算法。首先利用遗传的种群性去寻找多个局部极值,然后将较优和较差的种群按一定概率接收并作为模拟退火的初值进行搜索。最后结合共轭梯度算法来提高收敛速度,使整体搜索效率进一步提高。这种遗传退火算法有效地提高了算法的稳定性,减少了算法对膜厚搜索范围的限制。文章最后以3 层和4 层光学薄膜为例,利用该算法在10 nm 至5 μm的大范围内搜索,所取得的结果,其测量误差小于1%。

在太阳模拟器中,鉴于氙灯的优点及其光谱能量分布与太阳光谱的相近性,通常使用氙灯模拟太阳光谱,但由于氙灯光谱与太阳光谱分布存在差异,所以研制一种滤光片进行氙灯光谱分布的修正。考虑到滤光片工作在强光辐照条件下,所以选用的薄膜材料必须具有低的吸收和高的抗能量阈值。采用电子束和离子辅助沉积技术进行膜层的制备,选择合理的沉积方式并通过优化工艺参数使膜层表面光滑、牢固且通过抗能量测试,最终研制出的光谱修正滤光片满足使用要求。

本文讨论了利用激光频率分裂技术测量波片位相延迟的主要误差因素,并对其中激光器初始位相延迟和波片非对正引入的系统误差进行补偿。误差分析表明:系统对于多级波片的测量不确定度约为1.7′,对于零级波片为0.8′。然后针对系统性能进行实验评价,包括:比较波片沿激光轴线对正和倾斜时对测量结果的显著影响,以及测量波片通光面内不同点的位相延迟和波片光轴与其表面的夹角。根据实测结果,系统测量重复性和复现性优于0.02°,不确定度优于2′,即约λ/10⁴。

为了在激光告警中实现全方位角度探测,并且在一定探测精度的前提下尽量使结构简单、稳定,提出了基于偏振编码的光纤天线的测量方法。该方法是通过在不同方向上放置不同起偏角的偏振片编码,再将各个方向的光纤耦合成一束,经准直透镜组射入解偏光路中,通过判断电路分析得到激光入射方向。在计算及仿真了经偏振片后激光能量的衰减,求解电路能检测到最弱激光的幅值与偏振衰减最大时激光引起的响应电流的幅值的关系,得到在激光角分辨率为30° 时满足探测要求。实验显示,在初始激光功率在20~150 mW 的条件下,每20°划分的偏振角度中设定最小识别电压为20 mV 时,满足全方位激光方向探测的要求。

针对当前星模拟器完全丢失恒星光谱信息的缺陷,本文进行了星光颜色模拟方面的初步研究。首先,选择合适的星表并确定要进行颜色模拟的恒星星号,得到该星色指数等一系列信息;同时,根据有关资料,推导出恒星色指数与色温之间的函数关系;至此,确定该星色温。其次,由黑体辐射公式,计算出黑体在此温度下的辐射特性。然后,根据色度学原理,把黑体在此温度下的辐射量刺激值积分,得到该色温的总刺激值,归一化就可得到相应的色度坐标,完成了恒星的星光颜色模拟。最后,说明并解释了本研究方案的不足之处。模拟实验结果证明了星光颜色模拟的可行性。

在综合分析、比较现有容栅测量技术的基础上,介绍了一种绝对式容栅测量技术。这种技术克服了传统相对式容栅测量系统中存在的缺陷,利用两级耦合多精度合成实现测量位置的绝对编码,实现了高精度、大量程测量。首先介绍了用于高精度测量的容栅测量系统构成,讨论了绝对式测量的工作原理。给出的系统检测电路解决了传统鉴相型检测电路中滤波效应导致信号精确性受到损坏以及需要较长稳定时间的问题。

提出了一种基于地平式光电经纬仪并带有姿态稳定装置的柔性悬吊平台光电系统的结构,以实现精密指向。根据系统各部件之间的运动学关系,采用通路矩阵、约束力元矩阵等方法描述了系统的拓扑构型。采用拉格朗日方法建立了系统的多刚体动力学模型。仿真实验研究了平台绕垂线的转动以及垂线－地平面内的摆动对视轴指向精度的影响。仿真结果:若系统沿垂线方向的转动惯量在10³ kg·m2 量级、反捻机构残余力矩10^-2 N·m 的量级,方位轴的控制指向精度与光电传感器的分辨率精度相当,可以达到10^-5 rad。如果缆绳的长度在10 m 数量级,系统绕摆动轴的转动惯量将达到10⁵~10⁷ kg·m² 量级。平台的摆动幅度在0.017 rad 时,视轴的指向控制精度可以控制在10^-4 rad 量级。仿真结果表明:反捻机构开启、光电系统指向控制能力强时,可以不对平台进行姿态控制。另外,摆动将造成经纬仪两个轴系的耦合。

针对标准单晶硅球直径精密测量的需要,本文在介绍标准硅球直径测量系统原理并分析其光路特点的基础上,根据建立的数学模型,对激光束斜入射标准板时产生的椭圆干涉图像进行了分析,并对不同入射角度时干涉环中心点带来的直径测量误差进行了研究。分析结果显示,在给定的实验条件下,当入射角为10-3 rad 时,误差已达6.6 nm。提出了一种精确调整光束垂直入射平板的方法,实验结果表明,此方法能够使光束入射角的调整优于10^-5 rad,满足系统测量的要求。

根据误差的来源将光斑质心亚像素定位误差归类为随机误差和系统误差,提出一种简单有效的实验方法对光斑质心定位误差进行定量测试。利用高精度一维电动平移台、POINT GREY Flea2-14S3 CCD 相机和LED 光源构建了测试系统,对测试结果进行研究和讨论,发现了测试系统LED 光斑质心定位系统误差的周期性变化规律,计算得到了基于Flea2-14S3 CCD 相机的光斑质心定位随机误差为0.018 pixels,系统误差为0.06 pixels,总体误差为0.063 pixels(约1/15 pixels),能够应用于以光斑质心检测为手段的测量系统中。实验表明,该测试系统可以作为估算光斑质心定位误差大小的一种有效的手段。

通过运用带有预测-校正的隐格式有限差分法对基于光纤的受激布里渊散射耦合方程组进行了数值求解。在增益0-16 范围内考察了布里渊增益系数、增益带宽以及有效模面积对时间延迟和脉冲展宽的影响。结果表明,较小的增益系数和增益带宽、较大的有效模面积使得Stokes 信号具有更大的饱和增益值,相应的时间延迟也较大。在固定泵浦功率并保证增益参数在小信号范围的情况下,时间延迟及脉冲展宽因子随着增益系数的增加而增加,但随着增益带宽以及有效模面积的增加而减少。

自由空间光通信(FSO)中的分层空时编码(LST),能极大地提高系统的传输速率,但误码率较大,严重影响光通信系统的可靠性。在分析了光强起伏的特性之后,建立了湍流信道中多输入多输出(MIMO)信道的模型;提出了采用串行干扰消除算法来完成FSO 中分层空时编码译码的方法,并和线性译码算法的性能进行了对比。最后,利用仿真实验进一步验证了该方法的可行性。结果表明:在FSO 中,采用串行干扰消除译码算法时的误码性能明显优于线性译码算法的误码性能。

量化是实现图像盲水印方法的一种非常有效的策略。当前已有了大量不同的基于量化的图像盲水印方法。在这些方法所采用的量化公式中,存在多种不同的形式,而其中有优有劣、有相互等价。为此,该文对当前存在的多种不同形式的量化公式,在严格的理论上进行了等价性分析和在统计意义上进行了最优性分析并以实验进行了验证,最后得出了其中最优的量化公式。这样,当前采用非最优量化公式的图像量化水印方法即可通过最优量化公式进行优化改进。