为了解决工程实际应用中遇到的被测物体长度大于作为基准的激光束长度的问题, 提出了一个接力测量方法。该方法将被测物体分段测量, 相邻两段之间有一定长度的重合部分, 利用重合部分在两段测量中的测量结果, 用最小二乘直线拟合找出相邻两坐标系间的关系, 从而将分段测量的数据表达在一个统一的坐标系中。以直线型被测物体为例, 详细介绍了激光接力测量方法。分析了方法的误差并给出了依据测量误差要求选取测量参数的方法。结合应用实例, 讨论了影响测量精度的因素。结果应用到客运专线轨道平顺度检测中, 取得了满意的效果。

运动人体目标的跟踪一直是视频监控中研究的重点。本文主要侧重柔性目标变形的方面, 以 HSI颜色模型进行模板的学习, 在当前帧中得到模板, 并且统计每一帧图像的信息量, 然后在一下帧中进行 Kalman预测。将预测到的区域与模板比较判断之后再决定是否更新模板, 减少了一定的计算量, 为了约束窗口的变化, 引入信息量的概念, 信息量由 HSI颜色空间的 I的特征点计算得到。这样, 一直更新模板和窗口直至准确有效地跟踪人体目标。实验表明, 在人体发生较大形变的过程中, 会持续的跟踪人体, 不会发生跟踪丢失的问题。

对一阶自傅里叶光孤子混合对信号在光纤中的演变和传输进行了数值模拟研究。所用方法为利用分步傅立叶变换方法数值求解非线性薛定谔方程, 文中并证明了算法内部不存在理论误差。结果表明: 一阶孤子与微扰的一阶孤子的相互作用以及一阶孤子对的初值稳定性依赖于起始输入的不同结构形式。一阶自傅里叶孤子混合对中的相互作用表现不同于一阶标准孤子混合对, 它类似于二阶或准二阶孤子的相互作用特性; 孤子相互作用特性不足以用孤子的阶去区分或分类。

简要介绍了光纤阵列成像激光雷达的研究背景、系统优势和发展现状。然后提出了本文设计的雷达系统, 并介绍了该系统的工作原理, 系统采用光纤阵列前端窗口扫描的方法, 避免了光电探测器阵列的制作, 同时减少了光电探测器的数量。之后文章对光纤阵列成像激光雷达系统的各部分器件进行分析, 包括光纤的选择、光纤阵列的设计和聚焦透镜的分析, 并重点讨论了聚焦透镜 F值对光纤阵列接收系统的影响, 最终得到本系统聚焦透镜 F最优值 5.47。最后推导了本文光纤阵列成像激光雷达系统的传输效率, 给出了传输效率公式。

为了提高 Triplexer Monitor的光信号采样性能和集成度, 提出一种基于非对称锥形波导结构的波长不敏感耦合器。该耦合器采用 SiO2-on-Si掩埋型光波导结构, 位于中心部位的锥形波导构成耦合区, 与之衔接的 S型弯曲波导实现信号光的输入和输出。采用传输矩阵法分析了光监测端口输出的归一化的耦合光功率, 分析时将耦合区的中心部位作为非对称矩形波导而外侧作为对称矩形波导。利用光束有限差分传播法 (FDBPM)和 MATLAB数值仿真得出: 当耦合区中心非对称矩形波导宽度分别为 5.50 μm和 3.35 μm时, 对于 1 300 nm到 1 600 nm的输入光波长范围, 可实现光监测端口 4%～8%的归一化耦合光功率。特别的, 在 1 310 nm、1 490 nm和 1 550 nm输入光波条件下, 耦合器在输出端的分光比分别为: 92:8、96:4和 93:7, 同时 TE模和 TM模的分光比变化保持在 5%以内。所设计的波长不敏感耦合器具有体积小、可靠性高等优点, 适合与 PLC型的 Triplexer实现单片集成。

针对定性分析方法无法彻底避免鬼像影响检测的现象, 在理论分析的基础之上, 提出补偿器鬼像定量仿真分析方法。借助光学分析软件, 在设计阶段彻底避免鬼像影响检测, 并结合实例, 说明定性分析方法的局限性, 验证定量仿真分析方法的有效性。该分析方法为补偿器的设计分析提供定量分析方法, 提高了补偿器研制的成品率, 提高了补偿检验精度, 对高精度补偿检验技术具有重要意义。

在分光光度测色仪的双光路 d/0结构设计中, 通常采用积分球内壁作为参考点来消除光源波动对仪器重复性产生的影响。但是在这种情况下, 参考信号在一定程度上会受到测试样品的漫反射光的干扰, 仪器的重复性和准确性也随之降低。本文设计了一种改进的 d/0测量结构, 采用 LED复合光源作为测试光源, 在参考光路设置单独的参考白壁, 而不再将积分球内壁作为参考点 , 并建立实验进行验证。实验结果表明, 改进的光路结构可以有效的消除被测试样品的漫反射光对参考光路信号的影响。

量子点 LED 采用胶体量子点为 LED发光层, 通过调节量子点的尺寸可以制作出覆盖可见以及近红外光谱的量子点 LED(QD-LED), 而且量子点 LED器件发出的光谱范围很窄 (光谱半高宽可达 30 nm)。为了研究不同发光颜色的QD-LED器件特性, 本文采用具有 523 nm和608 nm发光波长的 CdSe/ZnS核壳型量子点为发光层、 poly-TPD为空穴传输层、 ZnO为电子传输层, 制备了量子点红光和绿光 LED并讨论了器件的相关特性。这些结果对量子点 LED在飞机驾驶舱以及医疗器械照明方面的应用提供了参考, 但要满足商业化的需求其寿命、亮度以及效率还需要进一步的提高。

设计了一种基于 CPLD的 21位分辨率双通道旋转变压器的解码及精度测量方案。通过 CPLD对 AD2S82A解码输出的两路并行 16位数据进行读取、纠错、编码、输出, 最后输出 21位角度信号, 这样整个测角系统就成为了主系统的一个外设。实验中搭建测试平台, 用自准直仪和多面棱镜对该测角系统精度进行测量。结果表明, 测角误差均方根值达到 20″, 经系统误差修正后整个系统测角误差均方根值达到 9.46″。最后本文对测角系统的系统误差产生原因进行了分析。

为了实现大振幅、高带宽振动的非接触精密测量, 本文提出了一种全新的光学测量系统。两束相干光的远场干涉条纹位置与两束光之间相位差有关, 相位差的变化将引起干涉条纹移动。获取主条纹的位置, 可以计算两束光之间的相位差, 基于此可以还原物体的振动位移量。对振幅为 10 μm的单频余弦信号以及频率为 44.1 kHz的声音信号仿真还原结果表明, 本文所提光学系统和还原算法可以还原出亚微米级的振动信号, 并能准确还原出音频信息。

在光纤通信网络中, 以微环为代表的光学滤波器是实现在波长频段选择功能的重要器件。测量该器件的物理参数不仅是实际应用的需求更有利于设计更加复杂的滤波器结构。本文基于低相干干涉测量技术, 给出一种通用数学方法, 可获得复杂结构微环滤波器的物理参数。该方法引入数字滤波器概念以及 Z变换分析法来对光学滤波器进行建模, 并用简洁的线性方程组将干涉图中峰值以及传输函数的系数关联起来。对于一个给定的滤波器结构, 根据传输函数与物理参数的内在关联, 物理参数就能被准确地计算出来, 从而为器件的激光修正提供关键参数。实验结果表明, 该方法实现了低成本并且准确可行。

针对照明光源普遍存在的闪烁现象, 提出了一种基于频谱分析的闪烁评价方法。把时变光信号进行傅里叶变换得到其频域内的功率谱, 并通过与人眼视觉对比敏感度相匹配的带通滤波器进行滤波, 最后经傅里叶逆变换得到调制后的瞬态光信号波形, 据此定义闪烁度来定量表征闪烁程度的大小。对几种典型的光源进行检测并计算其闪烁度, 结果与已有实验结论相吻合。该方法结合视觉敏感特性对现有评价方法进行了改进, 实现了对光源闪烁的客观度量, 给照明优化设计和照明行业标准建立提供了有效借鉴。

提出了一种基于机器视觉对抛光金属弧状面进行实时快速检测的方法。在离线情况下, 对不同光强下的样本工件进行学习分析, 构造图像的背景亮度分量与灰度水平的关系函数, 提取样本工件反射分量的统计特征。在线检测时, 先分析图像的灰度水平, 并计算图像所对应的亮度分量; 然后从图像中提取出灰度均匀的反射分量, 最后对反射分量进行阈值分割并做出决策判断。实验表明, 本文提出的方法能通过一次学习, 适应变化的采集环境, 系统具有较高的鲁棒性; 检测一帧图像平均时间为 40 ms, 准确率达 98%以上, 具有较高的实时性和准确性。

运用张量投票算法对红外人体破碎目标进行复原不能满足红外行人检测的实时性要求。针对该算法计算量大, 运行时间长提出了改进的张量投票算法。首先, 将强度阈值转化为距离阈值来滤除超出投票场的大部分点。然后, 根据圆形投票场两点相互投票作用的对称性, 减少强度的再次计算。最后, 通过强度阈值进行精细滤除。实验仿真结果表明, 改进的张量投票算法在保证复原效果不变的同时, 减少了计算量, 缩短了运行时间。

建立了三种不同宽高比矩形喷管的物理模型, 采用 Fluent6.3软件对三种矩形尾喷管外的三维流场进行了数值模拟, 得到尾焰流场的温度、压强和密度等数据, 并根据矩形尾喷管外尾焰的特点确立三种矩形尾喷管外尾焰的红外辐射核心计算区域。利用基于洛伦兹线型的统计窄带模型, 求出尾焰在窄带 l的平均吸收系数; 然后采用有限体积法 (FVM)求解气体介质中辐射传输方程, 最后得到了尾焰的红外辐射的光谱特性与三种矩形喷管尾焰在 3～5 μm波段的总强度分布。结果表明: 尾焰辐射在 2.7 μm和 4.3 μm处出现两个辐射峰, 并且随着矩形喷管宽高比的增加, 尾焰的红外辐射强度大大降低。

针对空中红外图像中小目标的检测问题, 为了提高检出的实时性, 本文提出了一种通过 FPGA来实现图像预处理的算法。 FPGA完成对输入红外图像进行形态学滤波、图像分割、行程编码等预处理操作。实验结果表明该算法具有很高的实时性, 是一种有效的红外小目标检测预处理算法。

为了获得尽可能高的空间分辨率的图像, 超分辨率重构技术 (SRR)成为了红外扫描成像的研究热点。本文以红外多线阵错位排列扫描成像系统为研究平台, 通过分析 SRR实现过程及待重构图像获取的方式, 分析了红外多线阵错位排列扫描成像系统中 SRR有效的关键。实验表明: 对于固定错位量的多排传感器扫描成像系统, 影响重构图像质量的主要因素是各通道所获得的待重构图像同位像素灰度不一致引入的噪声。本文提出的基于序列逐像素比较滤波法, 可以大大提高重构图像质量。

海天线检测是红外图像自动目标识别技术的一项重要内容。本文深入分析了海天背景红外图像的特点, 提出了一种基于四项特征评分因子的海天线模糊识别算法。首先对梯度图进行 Radon变换以提取候选海天线, 然后联合候选海天线四种特征信息进行模糊综合评判, 最后根据评判值大小给出海天线识别结果。算法对比和实测数据结果表明, 该方法适用范围广, 抗噪声和抗干扰能力强, 识别率高, 可以有效地检测出各种复杂海天背景下的海天线, 为进一步应用 (如目标识别 )奠定了良好的基础。

本文提出一种新的基于 Curvelet变换的文本图像二值化处理方法, 以消除文本图像中局部高亮度区域对二值化图像质量的影响。首先对具有局部高亮度区域干扰的原始文本图像进行 Curvelet变换, 得到图像在曲波域的 Curvelet系数集; 然后根据各 Curvelet系数所表征的图像特征, 对 Curvelet系数进行非线性增强, 以优化文本图像的直方图分布; 对增强的 Curvelet系数集进行反变换, 得到直方图优化后的时域图像, 进而应用 Otsu方法实现文本图像二值化。应用本文方法对具有带状及点状局部高亮度区域的文本图像进行二值化处理, 并采用 ABBYY FineReader10对二值图像进行 OCR识别。实验结果表明, 通过本文提出的处理方法所得到的二值化图像, 其字符的 OCR识别准确率最高可达 94.81%, 优于其他四种典型的图像二值化处理方法。

众所周知由于两个干涉臂光路不匹配和参考镜面与被测表面的离焦, 要得到相干长度非常短的 Linnik白光干涉仪的干涉条纹是非常困难的。本文提出了一种自动调节的方法来解决这个问题。为了实现参考镜面和被测表面的对焦, 在商用 DVD读取头的基础上, 对其像散法进行改进, 具体方法是对和信号 SS设定一个阈值, 通过此阈值对归一化后的 FES曲线(NFES)进行裁剪, 从而获得一个与离焦距离成单调关系的曲线 (TNFES), 其过零点对应的就是焦点。经过实验证明, 改进后的自动对焦系统的动态范围为 190 μm, 平均灵敏度 70 mV/μm, 平均标准偏差 0.041 μm, 分辨率 4.4 nm, 不确定度 55 nm。此外为了最小化两个干涉臂的光程差, 本文采用均方根 RMSFC算法来计算成像在 CCD上的干涉条纹的对比度, 通过找到其最大值来最小化光程差。实验证明本文提出的自动方法可以有效地获得 Linnik白光干涉仪的干涉条纹。

图像配准是机器视觉中的重要研究课题。本文针对任意角度图像配准问题, 提出了一种基于 Zernike矩的互相关算法。首先根据三角函数的对称性和反对称性, 仅基于八分之一单位圆信息, 快速计算 Zernike矩; 然后通过求取图像多个矩的互相关性, 确定配准点位置; 进而通过最小二乘拟合, 得到亚像素配准位置; 最终利用 Zernike相位信息, 估算旋转角度。同时, 在线阶段采用径向多项式查表法加速配准过程。实验结果表明, 该算法在保障配准精度的前提下显著提高了配准速度。

高光谱遥感图像中包含有大量的高维数据, 传统的有监督学习算法在对这些数据进行分类时要求获取足够多的有标记样本用于分类器的训练。然而, 对高光谱图像中大量的复杂地物像元所属类别进行准确标注通常需要耗费极大的人力。在本文中, 我们提出了一种基于半监督学习的光谱和纹理特征协同学习 (STF-CT)算法, 利用协同学习机制将高光谱图像光谱特征和空间纹理特征这两种不同的特征结合起来, 用于小训练样本集下的高光谱图像数据分类问题。 STF-CT算法充分利用了高光谱图像的光谱和纹理特征这两个独立视图, 构建起一种有效的半监督分类方法, 用于提升分类器在小训练样本集情况下的分类精度。实验结果表明该算法在小训练样本集下的高光谱地物分类问题上具有很好的效果。

图像的高质量、低帧率传输有较广泛的应用。由于传输信道的不可靠、易丢包或误码等固有特性使传输图像降质甚至无法正常译码。本文对原图像亚采样后进行低分辨率多描述编码以增强传输鲁棒性, 接收端再采用多幅解码图像超分辨率重构, 可在相同信道条件下得到 2～3 dB的 PSNR增益。并且可以结合目前几乎所有的图像多描述编码技术和超分辨率重构算法, 有很强的应用和推广价值。