针对低空机动目标的声网络无源跟踪问题, 提出一种基于有向图切换的变结构多模型算法。首先, 将多个声传感器组网并对其时延的方位角数据进行配准, 改善无源声探测网络的融合性能。其次, 通过变结构多模型对目标状态进行估计, 并利用有向图切换方法对新激活的模型分配权重, 跟踪结果为多个模型估计结果的融合输出。通过与交互式多模型算法的仿真比较, 说明本文所提方法能更好的匹配目标运动规律, 有效降低计算复杂度, 提高跟踪精度。

针对基于 PC的红外电路故障检测系统便携性差的缺点, 提出了基于 ARM11的便携式红外电路故障检测系统。异常电路板的热图像经红外 CCD采集后, 利用视频解码芯片 TVP5150对热图像信号进行图像格式转换, 再将热图像数据传至 S3C6410核心处理器, 采用图像处理算法对热图像进行图像处理, 最后与标准的热图像对比并得到故障诊断结果。实验结果表明, 该系统除了具有检测的高准确性和高精度性外, 系统体积的大大减小和非接触性的检测使系统具备了更好的便携性和更高的安全性。

针对桥丝辐射温度检测中存在被测目标体积小, 红外辐射量小, 远距离传输损耗大等难点技术问题, 设计了一种双波长光纤温度测量系统。根据电火工品热辐射的原理, 得出双波长测温数学模型, 采取有效的光学光纤耦合和提高系统信噪比的措施, 采用 InSb(响应波长范围为 0.8～3 μm)和 HgCdTe(响应波长范围为 3～5 μm)双波段探测器, 实现了对电火工品目标进行非接触的感应电流及温度测量。测试装置电磁屏蔽能力强, 受环境温度影响小, 避免了温度漂移带来的测量误差, 测量温度精度达到 1 K, 为桥丝等极弱热辐射的温度检测奠定了基础。

针对 Contourlet变换中存在的频谱混叠现象, 采用了基于抗混叠轮廓波变换的算法进行图像超分辨率重建。该算法首先用抗混叠塔式滤波器组替换掉 Contourlet变换中的拉普拉斯塔式变换, 对图像进行尺度变换; 然后, 根据尺度变换后不同尺度的高频子带之间的相似性, 对相关高频分量用双三次插值做高频外推相似变换, 再通过方向滤波器组以及最后的反变换得到比原始图像分辨率更高的插值图像。实验结果表明, 与运用普通 Contourlet变换的算法相比, 该算法避免了由于频谱混叠而带来的图像细节部分的扭曲和模糊, 具有更高的信噪比, 图像重建效果更好。

基于多分辨率分析的图像融合是当前主流技术, 然而因其包含分解和重构变换, 导致算法复杂性高, 难以满足图像序列融合的实时性要求。针对此问题, 提出了一种多传感器图像互调制快速融合 (FMMF)算法。首先对两幅源图像分别用基于对应像素能量比值所确定的系数进行放大, 然后分别加上由图像统计参数得到的偏移项, 最后将两部分相乘并规范化即得到融合图像。实验结果表明, 算法结合了加法和乘法调制的优点, 简单快速, 实时性好, 是一种非线性的互调制融合过程, 其融合效果和效率优于小波融合、金字塔融合等算法。

本文针对现今高速数字图像信号的复杂算法实时处理要求以及系统实时升级问题, 设计一种基于 FPGA的 SOPC高速图像实时处理系统平台, 移植可定制高效操作系统 Xilkernel, 并采用多线程编程、软件仿真以及在线实时调试方法, 成功地实现了高速系统实时处理功能。 FPGA操作可并行执行及硬件反应时间精确到纳秒 (ns)级, 因而该系统实时处理性能相对于其它处理平台有明显的优势, 同时也满足了在不需更改硬件架构情况下实现系统的实时更新。

传统多通道跟踪常采用少数离散通道并认为通道间互不相关, 忽略了多通道特征渐变的“多峰”型可信度分布。本文提出一种基于多通道能量极值点集的两层粒子滤波目标跟踪方法。首先将目标分解为多个频率、多个角度的通道, 提取极值点集合作为目标特征。其后提出两层粒子滤波框架, 以一级粒子作为目标运动状态整体性约束; 二级粒子表征其下属的多通道特征, 通过局部优化方法使其聚集在特征峰值附近。以多通道特征的可信度对二级粒子进行加权, 并反馈至一级粒子作为其加权值, 兼顾了目标整体约束以及对多特征可信度分布的表征。跟踪仿真实验结果表明, 该算法计算量适中, 工作稳定, 与对比算法比较, 平均跟踪误差减小了约 0.5个像素。

为了提高低照度视频的视觉效果, 常常利用高质量白天亮度来增强夜间 (低照度)视频。本文提出了一种亮度融合的视频增强方法。首先为了获取白天背景, 采用了平均 K帧的方法, 然后使用 Retinex理论, 提取了白天背景和夜间视频帧的亮度, 同时为了增强夜间移动物, 采用帧差法提取了夜间视频帧的移动物, 最后利用相同场景的白天背景亮度融合夜间帧的视频增强方法, 为了改善夜间移动物体的感知度, 提出了基于高斯滤波器的方法平滑移动物边界, 使得增强结果更自然。实验结果表明了该算法在提高视觉质量上的有效性, 且优于传统的方法。

提出广义相移干涉术中结合广义四步公式改进最小二乘法抽取任意相移进而重建复波的方法。利用广义相移数字全息算法的物波重建公式替代传统最小二乘法来提取参考光相位和重建物体波前, 大幅减小迭代循环的计算量。使用该方法, 每一次迭代计算参考相位只需要一个最小二乘法, 同时利用物波前重建公式计算物光相位。这种方法的可行性和有效性已被计算机模拟证实。模拟结果表明, 相移值抽取误差保持在 0.004 rad左右, 同比传统的四步最小二乘法算法节省大约 10倍的计算时间, 精度完全满足物波再现要求。光学实验也取得了令人满意的结果。

随着空间成像技术的发展，当今各科技大国均加大了对新型光学材料的制备及应用的研究工作。近年来新近兴起的新型 SiC材料因其良好的热稳定性、高比刚度、低密度、易于轻量化等优点，而成为未来空间相机主光学成像元件的首选材料。本文结合当前国内外 SiC材料研究进展，介绍了新型 SiC光学材料常用的几种制备技术及相关应用，对其制备方法和加工工艺进行了系统的阐述和总结，重点介绍了 SiC材料与常规玻璃材料加工的不同之处，并对比了国内外的加工情况及我国目前 SiC材料加工现状。从当前新型 SiC加工情况看， SiC加工采用的数控光学加工技术 CCOS大大提高了 SiC材料的加工效率和加工精度，具有广阔的应用前景。

为了改进转换观测卡尔曼滤波算法的性能, 提出了一种计算转换观测误差统计量（均值和协方差）的改进方法。有两组信息可用于计算这些统计量, 即观测值和滤波器的一步预测值。首先, 推导了滤波器球坐标状态一步预测误差的均值和协方差。然后, 利用滤波器球坐标状态一步预测值更精确地计算了转换观测误差的统计量。最后, 将改进的转换观测误差统计量用于目标跟踪问题中的转换观测卡尔曼滤波算法。仿真结果表明, 本文提出的方法能够改善转换观测卡尔曼滤波算法的收敛性和估计精度, 这种改善在观测噪声较大时尤为显著。

由于稳像算法中的运动估计占据整个算法 60%~80%的运算量, 并随着图像分辨率的提高, 实时稳定连续图像序列的难度不断增加。本文提出一种基于图形处理器的相位校正策略, 根据相位校正稳像算法数学模型, 利用图像处理器统一并行架构与像素单线程模式, 设计交叠复合相位运动估计结构, 提升并行线程同步性能, 缩短 FFT并行运算时间; 同时通过改变并行线程的尺度, 调整图形处理器的存储方式, 提升数据存储器的访问性能, 改进了相位运动估计的并发性, 可高品质估算视频需要稳定的旋转, 平移等变量, 以达到高速稳定 1 k×1 k分辨率的灰度连续视频的目的。实验证明, 平均稳定一帧图像时间约为 10 ms, 有效提升了视频稳定的效率, 增强了相位图像稳定工程应用的可能性。

为了明确传感器配置形式及传感器数量对定位精度的影响, 在全局坐标系下对多站三角定位中样本均值的定位性能进行了分析。首先根据一致性的定义研究了交点间的相关性及切比雪夫条件, 进而指出多站三角定位中的样本均值是一种非一致性估计; 然后结合传感器配置形式对定位精度的影响, 分析了样本均值近似具有一致性的条件; 最后讨论了一致性与多站定位精度之间的关系以及一致性在规则、不规则传感器配置形式中的本质区别。仿真结果验证了上述样本均值定位性能的分析, 指出本文结论可以应用到基于传感器管理的多站无源定位算法中。

针对单一特征的目标跟踪算法和传统的模型更新策略的不足, 本文提出一种均值迁移和粒子滤波相结合的多特征融合跟踪方法。该方法通过均值迁移对粒子传播进行优化, 根据粒子权值的分布情况自动调节各个特征的融合权值, 实现了多特征的有效综合, 通过建立目标模型的动态分层更新策略, 有效保留了目标和场景的变化信息。实验结果表明, 该方法对目标外观的快速变化适应性强, 且实时性好, 适用于动态场景下的跟踪。

为了进一步提高光电快速跟踪系统的性能, 需要根据系统控制精度的指标对被控对象提出要求, 以指导机械加工, 即作为被控对象的电机和反射镜的传递函数的结构已知但参数未知。针对此光电快速跟踪系统的水平方向高精度快速跟踪测量, 本文建立了系统模型, 提出了触发引导, 目标的快速捕获, 复合控制三个控制步骤和策略, 通过二分法整定了系统参数并确定了对机械结构的参数要求和负载的谐振频率要求, 以满足系统的最大跟踪误差。实验结果表明: 本文控制策略可使最大跟踪误差小于 0.086°, 调节时间小于 0.04 s, 满足了快速跟踪测量系统快速性、高精度的要求, 有效地保证了控制的可实现性。

针对深空背景下, 目标距离成像器较远, 目标在多个成像器平面呈弱小目标, 目标点之间的形状及灰度特征没有明显区别的现状, 提出了基于目标点之间形成的几何组合来完成目标点在不同成像平面对应的算法。该算法首先对各个成像器目标检测后获取的目标点集根据成像器间的姿态信息进行旋转补偿, 然后对补偿后的目标点集进行 Delaunay三角剖分, 最后根据剖分后三角形的相似性测度来完成多个成像器平面的目标对应。对算法在各个场景下的目标对应性能进行了仿真与分析。

为解决杂波、未知数目和被动传感器测量精度不一致情况下的航迹起始问题, 提出了一种适用于被动传感器系统的航迹起始算法。该算法首先根据启发式规则消除一部分虚假定位点, 然后利用概率网格的思想将观测空间划分为同一大小的网格, 同时根据被动传感器的测量精度计算得到每个网格内出现目标的概率, 最后利用序列 Hough变换进行航迹的检测。仿真实验表明, 该算法不但能够有效实现航迹起始, 而且降低了虚假航迹的起始率。

针对传统的序列图像目标跟踪方法难以适应复杂背景干扰、目标形状变化以及目标位置非规则抖动的问题, 提出了一种基于加权 Lucas-Kanade算法的目标跟踪新方法。首先引入搜索模板, 估计出目标在实时图像中的位置并将其作为加权 Lucas-Kanade算法的迭代初始值, 然后计算权值函数, 利用当前模板和初始模板进行两次跟踪, 得到目标的准确位置。最后实现了在目标形状及背景变化下的三种模板更新。大量实测数据的实验结果表明, 本文所提的方法有效地实现了对地面复杂场景中形变目标的稳定跟踪。

针对复杂环境下多运动目标跟踪的高冲突信息组合问题, 在 DSmT的理论框架下, 提出了一种将局部冲突在局部进行分配的改进证据合并方法来研究多运动目标的跟踪问题。该方法通过深入分析冲突及其相关因素之间的关系, 将目标的位置信息与颜色信息进行融合建立起多信息合并的运动目标跟踪模型。仿真实验结果表明: 采用该方法可实现互遮挡条件下的多目标跟踪, 大大提高了复杂环境下多运动目标跟踪的有效性和稳定性, 对于高冲突证据能够获得良好的跟踪效果。

本文根据运动平台上某跟踪系统主镜筒的设计方案, 在 ansys平台下建立系统有限元分析模型, 求得了主镜筒的前十阶固有频率和结构的强弱分布, 确定了结构分析的重点为主、次镜的相对位置变化。定义了描述主、次镜相对位置变化的参量及其计算方法, 并在冲击载荷作用下计算分析了主、次镜相对位置的瞬态响应, 总结了主镜筒的响应规律。分析结果为跟踪系统总体结构振动分析提供方法参考, 为系统动力学优化设计提供理论依据。

提出使用飞秒激光器的光学频率梳测量绝对距离的方法。将一个飞秒激光器作为绝对距离测量的光源, 搭建迈克尔逊干涉结构, 利用色散干涉原理进行相应的光谱分析, 得到干涉光路的光学路径差引起的相位差, 最终计算出干涉光路的光学路径差。实验结果表明我们的长度测量方法精确度高, 分辨力达到纳米量级。最小测量距离达到 9 μm, 非模糊范围达到 5.75 mm。相对于传统白光色散干涉技术的有限测量范围, 最大测量距离可以扩展到任意长度。

基于条纹对比度的三维测量方法由于具有垂直测量的特点, 可用于测量表面有突变的复杂物体的三维信息。本文在现有方法的基础上, 提出了一种改进的基于条纹对比度的三维测量方法。该方法利用投影仪将一组相移的正弦条纹依次投射在被测物体上, 并使被测物体位于投影仪成像面的前方, CCD相机通过一个半透半反镜从投影方向获取物体表面的条纹图像, 然后利用相移算法得到正弦条纹经物体调制的对比度分布, 最后利用该对比度和高度的对应关系恢复出物体高度。因此, 该方法只需对物体在一个位置进行扫描, 不需要改变条纹成像面位置, 测量过程更加快速简便。实验结果表明: 利用该方法可以有效地恢复出表面有突变的复杂物体的高度信息。

针对布匹瑕疵种类多以及单个方法仅对特定类瑕疵有效的问题, 提出一种新的基于小波多尺度积和数学形态学的布匹瑕疵检测算法。首先对输入图像进行二进小波变换后, 低频近似子图经过数学形态学运算, 得到良好的瑕疵形状特征, 然后对高频子图使用小波多尺度积方法, 可以抑制噪声的同时增强瑕疵的边缘线性特征, 最后融合得到最终的检测结果。实验结果表明, 该算法在虚警率和运算时间较低的同时, 得到较高的检测率, 综合性能优于经典的 Gabor和小波变换算法。

针对抑制近红外光谱噪声与保留光谱信号细节的矛盾, 提出一种基于噪声方差估计的小波域降噪方法。该法对光谱信号小波域高频系数建立了两状态高斯混合模型, 用 EM算法估计模型系数, 推证模型对噪声方差准确估计特性, 将估计得到的噪声方差建立了阈值降噪模型。实验建立黄酒近红外光谱快速预测酒精度偏最小二乘模型, 对比分析 Penalty阈值、Brige-Massart阈值和缺省阈值三种小波阈值降噪模型的降噪效果, 验证了该法比上述三种常规阈值降噪模型具有更优的降噪效果, 能有效应用于近红外光谱处理。