针对船用星惯组合导航系统中惯性导航系统和星敏感器之间刚性和弹性两种不同的安装方式, 提出了一种星敏感器安装角的动态标校方法。该方法以星敏感器得到的姿态数据和惯导系统输出的姿态数据构建滤波观测量, 基于惯导误差传播方程构建状态方程, 通过 Kalman滤波实现对惯导系统姿态误差和星敏感器安装误差的动态最优估计。基于“远望三号”航天测量船的实测导航数据、船体弹性角形变数据对该动态标校方法进行了仿真测试, 结果表明星敏感器与捷联惯导系统之间本地刚性安装时安装角动态标校误差较小, 异地弹性安装时由于安装误差角的动态变化导致标校误差较大。

空间观测图像容易受到宇宙线噪声的干扰。本文提出一种空间观测图像宇宙线噪声去除算法。首先利用 Top-hat变换抑制观测图像的杂散光, 处理之后的观测图像背景均匀, 直方图的近 Gaussian形状得以恢复。然后利用形态学运算和中值滤波相结合的方法排除高亮过饱和恒星的干扰。最后利用 Laplacians边缘检测算法检测宇宙线噪声像素, 并利用邻域最小值滤波的方法对宇宙线像素的灰度值进行插值处理。实验结果表明, 本文方法在不产生误检测的前提下, 检测概率超过 90%, 综合性能优于本文中提到的其它三种宇宙线噪声去除方法。

针对卫星云图数据量大, 但传输通道和存储空间相对狭小的问题, 本文提出了一种基于 Tetrolet变换的卫星云图分块压缩感知方法。该方法将 Tetrolet变换引入压缩感知的稀疏表示环节, 以刻画卫星云图细节丰富, 纹理复杂的特性, 而且将分块压缩感知与平滑投影 Landweber迭代方法结合用于云图重构, 以提高计算效率。同时, 为了进一步提高重构云图的质量, 本文对云图的稀疏表示提出了另一种改进方案, 首先对原始云图进行拉普拉斯金字塔分解, 将得到的低频分量和高频分量分别进行分块及采样, 并对低频及高频分量分别进行离散小波变换 (DWT)及 Tetrolet变换以实现稀疏表示, 此不仅可以发挥不同稀疏变换各自的优点, 而且充分利用了 Tetrolet变换在表示云图方向纹理和边缘等重要信息方面的优势。实验结果表明, 在相同采样率下, 本文方法的重构结果明显优于直接用 Tetrolet, DWT, Contourlet和 DCT变换对卫星云图进行稀疏表示的重构结果。

针对水质异常监测问题, 本文提出了一种基于计算机视觉技术和支持向量机相结合的生物式水质异常监测方法。首先通过计算机视觉获取可以反映水质状况的鱼类行为运动特征参数, 对其进行预处理；然后建立样本集并获得基于 SVM的水质异常监测模型；最后利用模型对未知水质下的鱼类行为特征参数分析评价, 间接监测水质异常状况。鉴于支持向量机核函数类型和参数优化对模型优劣有重大影响, 本文对不同类型的核函数进行实验对比, 其次分别采用粒子群优化算法 (PSO)、遗传算法 (GA)以及网格搜索法(Grid Search)对参数进行优化选择。实验结果表明该方法可以快速有效的进行水质异常监测。

以外差干涉定位系统为研究对象, 提出一种基于锁相跟踪的定位方法, 简化了传统定位系统结构；就整个定位系统的工作过程及原理进行了说明, 证明了锁相跟踪方法的可行性；讨论了系统工作过程中的核心功能环节的实现方法, 分别对高频信号的发生、移相脉冲抑制以及鉴相过程进行详细说明。本文就鉴相电路功能和干涉锁相跟踪定位系统的输出进行了测试实验, 实验结果证明高频鉴相电路输出准确度达到 0.07o, 锁相跟踪系统定位输出的合成不确定度为 10.1 nm。

气缸套装配过程中由于预紧螺栓预紧力的大小及一致性等因素将导致缸套出现不同程度的失圆变形, 影响活塞环和缸套的配合特性, 导致柴油机整机性能和排放性能降低。因此本文开发基于激光位移传感器的分布孔径缸套形廓尺寸测量系统, 对柴油机缸套自由和预紧状态下的形廓尺寸进行了测量, 并与传统测量工具测量结果进行对比, 表现出较好的一致性, 为气缸套的设计及装配工艺提供一种有效的测试手段。

为了获取某种型号内燃机工件的三维形貌数据, 设计了线结构光非接触方式的移动扫描测量系统。探索出了以虚拟双目立体视觉原理为理论基础的相机光心平移轨迹所在直线的方向余弦标定的实现方法, 从而确定由系统中各局部坐标系变换到系统全局坐标系的旋转矩阵 R和平移向量 T, 进而求出系统中各个局部坐标系原点在系统全局坐标系下的坐标值, 最后得到相机光心移动轨迹所在直线的方向余弦。探索出利用相机的移动距离及方向余弦将局部坐标系数据转换至全局坐标系的计算方法, 扫描获取了某种型号柴油机缸盖的三维形貌点云数据, 在此基础上设计算法从中提取出气道口的中心坐标, 测量精度较高。采用逆向工程软件对工件进行了表面重构, 结果与实际表面特征信息吻合良好。

文中建立了结构光测量系统数学模型, 并分析了结构光测量精度的影响因素。同时在结构光光条图像处理中改进了原有方法, 使用了一种新的快速光条中心提取算法。文章通过设计标准板进行了精度检测实验, 分析了系统对标准宽度和深度的测量精度。实验结果表明, 该测量方法对深度的检测精度优于 0.2 mm, 对宽度的检测精度优于 0.3 mm, 可以满足亚毫米级微小变形检测的精度要求, 是一种有效的微小变形检测和三维测量方法。

多视角三维数据的拼接一直是视觉测量领域研究的难点之一, 本文提出了一种无编码全局控制点的多视角三维数据拼接方法。以多个固定不动的无编码标志点作为全局控制点, 建立全局坐标系。移动结构光立体视觉测量系统的不同视角对物体表面各子区域进行测量, 获得局部坐标系下的三维测量数据及控制点。根据控制点的空间几何变换不变性自动匹配出各视角局部控制点在全局控制点中的同名点。依据同名控制点对, 采用 SVD算法求解局部坐标系与全局坐标系的变换关系, 从而实现全局拼接。最后, 以 10个圆形标志点为全局控制点从 5个视角对鞋楦进行测量, 实验结果表明：该方法消除了多视角拼接中的累积误差, 控制点的重合度平均误差为 η=0.013 mm, 与手持式扫描仪对比标准偏差为 0.177 mm,获得了较好的拼接效果。

目前 3D模型动画在影视、游戏等领域得到了广泛的应用, 其基本原理是模型中各顶点的位置随着时间的变化而改变, 主要分为 Morph动画, 关节动画和骨骼蒙皮动画 (Skinned Mesh)。骨骼蒙皮动画很好地解决了接缝问题, 并因其逼真、灵活的交互效果而广受欢迎。本文以智慧城市建设中三维网络教学平台为应用背景, 对 3D动画中的骨骼蒙皮动画技术原理进行了详细的阐述和分析。并对几种关键帧插值算法进行了比较, 期望能更好的改善画面质量, 同时提高骨骼蒙皮动画的运行速度, 从而优化网络教学平台的视觉效果。

全景视频由于具有 360°的视角, 非常适合用于智能视频监控中的多目标检测。首先介绍了以 DSP处理器为核心的系统处理平台；接着介绍了全景图像的展开算法和 MHOEI多目标检测算法；然后针对全景展开设计了适合 DSP平台的分块查表展开方法, 针对 MHOEI设计了降分辨率处理方法；最后在 DSP处理器上进行了优化实现。实验表明, 在所选的 DM6437处理器上, 将 720×576大小的全景图像展开为 896×180大小的目标图像, 展开帧率可达 120帧每秒；再经过多目标检测后能达到平均 35帧每秒, 满足实时要求, 同时能有效检测出全景视频中的运动和静止目标。

针对光电探测设备恒星校正过程中的时效性问题, 本文分析了产生时效性的原因以及在时效性存在的情况下, 人们期待的两种方式。在此基础上, 提出了基于加权最小二乘法拟合求解算法。算法能够实现两个方面的功能：提高了在局部区域内校正的精度；提高了在实时引导使用过程中的引导精度。本文依据两种情况, 采用外场试验数据进行了仿真, 验证了算法的可行性和有效性。

特征匹配的准确率影响图像配准的精度, 是基于特征配准方法的重点和难点之一。为了解决单向最近邻/次近邻法所导致特征点一对多的误匹配问题, 提出了一种红外和可见光图像的特征双向匹配方法。首先, 对红外图像进行反相和直方图均衡化处理, 增强两类图像的相似性, 提取数量更多重复率高的共有特征；其次, 对提取的 SURF(Speed-up Robust Feature)特征进行双向最近邻/次近邻粗匹配, 确保特征匹配的一致性, 降低误匹配率, 并利用 RANSAC(Random Sample Consensus)算法对特征点进行二次匹配, 实现特征点精确匹配。实验结果表明, 该算法在正确匹配率和配准精度方面都优于传统 SURF的单向最近邻/次近邻匹配方法, 具有有效性。

昆虫 DRA区域复眼阵列可以接收天空偏振光, 并将包含其中的偏振信息提取出来, 使昆虫复眼具备导航的功能；根据生物解剖学得出的 DRA复眼阵列结构, 提出一种采用 MEMS工艺制作的简化阵列结构, 其体积小、质量轻、视角大, 通过拼合可以实现 180°天空区域的偏振信息的完整获取；并在 ZEMAX中建立了 DRA复眼阵列模型, 通过仿真分析得出此 DRA复眼阵列模型采用的材料及结构合理, 可以用来检测天空光偏振分布模式 (E-矢量分布模式 )。

本文提出了一种简单、实用, 基于人工复眼成像的三维定位系统, 给出了人工复眼系统高精度定位机理, 建立了人工复眼成像三维定位系统设计方法。系统采用平面阵列相机作为系统成像主体结构, 每个子相机作为复眼的子眼, 子眼以正四边形阵稀疏方式排布, 采用平行光轴设计, 构造出稳定可靠的光学结构, 使计算结果更为精确。通过多重方向视差关系得出几何约束条件, 采用多方向性、选择性立体匹配算法, 建立计算模型, 实现高精度定位。制备了 1套子相机数目为 9的原理样机, 完成了三维定位测试实验, 实验获得定位精度为 2.53×10-4 rad。