在聚焦评价算法的研究中, 本文首先对传统的离散余弦变换(DCT)算法和最小核值相似区(SUSAN)算法进行改进, 然后结合改进后的 DCT算法和 SUSAN算法提出一种新的聚焦评价算法, 该算法结合频域评价算法和空间域评价算法各自的优点, 使聚焦曲线在单峰性, 局部极值点和灵敏度等方面与传统算法相比有较大改善。在聚焦窗口的研究中, 本文提出一种基于图像子块重要程度加权的聚焦窗口选择方法, 该方法以总梯度变化率作为图像子块重要程度因子, 将重要程度因子值小于阈值的图像子块视为背景子块, 去除背景子块后剩下的部分为聚焦窗口。新的聚焦窗口选择方法能实现动态的区分目标区域与背景区域。

三维视觉定位是基于位置的机器人视觉伺服的重要步骤, 直接影响到系统的控制精度。本文针对眼固定式双目视觉机器人, 提出了一种基于基坐标系的直接视觉定位方法, 通过点-极线对建立齐次线性方程组以求解包含了双摄像机相对位置等信息的基本矩阵, 再根据基本矩阵的性质将其分解为双摄像机相对于机器人基坐标系的投影矩阵, 进而通过由空间平面确定的直线方程直接进行基于基坐标系的重建。该方法简单直接易于实现, 相关实验通过将重建得到的坐标与实际坐标相比较, 验证了该定位方法的精确性和有效性。

白光干涉术测量表面形貌, 解决了单色光干涉测量中的相位不确定困扰。基于扫描白光干涉术的空间频域算法, 具有受噪声影响小、计算精度高的优点。运用这一算法通过 Mirau扫描干涉显微镜对台阶状样品表面进行了两次白光扫描测试, 得出了台阶表面形貌结果, 且两次测量的台阶高度相差不超过 1 nm。同时, 利用 Zygo Newview 7200白光形貌仪对同一样品表面进行了测试对比, 结果表明:两者得到的样品表面形貌一致, 台阶高度相差 0.9 nm。此外, 实验数据处理的结果还表明:运用空间频域算法进行分析时二阶以上的色散完全可以忽略。

本文针对传统飞机水平测量技术的缺点及劣势, 将基于工作空间测量定位系统的数字化测量技术应用到飞机水平测量工序当中, 精度得到提高的同时, 使得测量周期由原来的一天缩短到了一个小时。此外, 示范应用效果表明, 工作空间测量定位系统十分吻合大尺寸测量及装配等生产应用需求, 应用前景十分广泛。

在基于条纹投射的物体表面形貌测量中, 温度漂移和振动是造成条纹相位漂移的主要因素。为了稳定条纹相位, 在相位补偿系统 (PCS)中运用峰值检测简化相位提取过程, 发展了一种基于正弦相位调制的干涉条纹相位稳定技术。将光纤缠绕在柱形压电陶瓷 (PZT)上, 向 PZT注入正弦驱动电压实现对干涉条纹相位的正弦相位调制。运用 2×2光纤耦合器分光, 结合马赫-泽德干涉与杨氏干涉结构实现条纹投射。光电探测器检测两端面反射信号形成的迈克尔逊干涉信号, 从中提取环境因素引起的相位漂移, 运用旋转坐标数字机进行快速反正弦计算, 生成的补偿信号与调制信号叠加后共同驱动 PZT, 实现条纹相位稳定。实验结果表明, 条纹相位稳定精度为 5.5 mrad, 较好地消除环境因素引起的相位漂移。

针对现有偏振测量系统在观测全天域偏振模式时的不足, 本文设计实现了一种具有近 180°视场的成像式全偏振测量系统。系统由鱼眼镜头、中继镜片、偏振片、 1/4波片、微距镜头、 CMOS相机等组成, 具有大视场、全偏振测量、便携性等特点。文章首先介绍了系统结构、工作原理和光学设计, 并提出相应的标定方法以获取系统标定 Muller矩阵。标定实验结果表明, 系统线偏振测量误差小于 3%, 圆偏振误差小于 10%。最后, 利用系统在晴朗天气下进行了波长为 488 nm的外场实验, 获得了日落时分全天域的全偏振分布模式, 实验结果与理论值相一致, 验证了该系统在全天域偏振特性观测上的有效性。

针对在平视显示技术中对高性能全息光栅快速检测的要求, 本文提出一种全自动测量及记录系统。该系统基于步进电机精密旋转台及 labview编程控制技术。运用该系统对采用卤化银制备的全息透射位相型光栅的多种光学性能全自动检测。通过对不同波段 360°全方位入射条件下光栅的透射率变化, 分析光栅的衍射特性, 并得到优化光栅衍射效率的制备方法。全息光栅 360°检测装置能够在平视显示技术中为全息光栅的放置位置提供有效的数据支持。

针对现有超分辨率算法重建后的红外图像存在对比度差、信噪比低、视觉效果模糊的缺点, 提出一种基于视觉对比度特性的红外图像超分辨率重建算法。该算法首先利用人眼在不同灰度级的分辨能力不同, 通过引入红外图像对比度这一先验信息重建红外图像, 其次构建一噪声度量因子以区分图像目标与噪声, 然后对目标边缘进行增强, 噪声进行滤除。实验结果表明:经过改进算法重建的超分辨率红外图像对比度提高了 2倍, 噪声得到了有效抑制, 视觉效果明显改善。

为了提高甲状腺肿瘤检出的准确率, 提出一种基于人工蜂群算法的 SPECT和 B超甲状腺图像配准。首先, 针对来自两个不同成像设备的 SPECT和 B超甲状腺图像灰度差异大的特点, 使用 NSCT和 GCBAC相结合的方法提取 B超图像感兴趣的轮廓特征, 用 KFCM的方法提取 SPECT图像的轮廓特征; 然后以互信息作为相似性测度, 建立仿射变换模型, 并以改进的人工蜂群算法作为优化策略来优化配准所需的空间变换参数。实验结果表明, 该方法可以有效提高配准速度, 具有较好的配准效果。

本文提出了一种基于 RANSAC的 SIFT匹配优化。采用加权的圆形邻域替代原有 SIFT描述子矩形邻域, 使得描述子维度降低了 25%。根据特征点最近邻与次近邻的距离比越低, 其匹配正确率越高的特点, 对匹配点按最近邻比率高低进行匹配点排序, 并以最优匹配点作为简化的 RANSAC算法初始样本数据集, 用简化的 RANSAC算法进行几何校验, 进一步提纯匹配点。实验结果表明本文方法在匹配精度优于 RANSAC-SIFT的基础上, 匹配速度大约提高了 10倍。尤其当匹配点增多时, 本文方法在匹配速度上更加有优势。

KNN算法是光测图像关键事件评估中常用的算法, 经典的 KNN算法只注重候选范例的个数, 而忽视候选范例个体的特殊性, 因此 KNN方法在某些时候会使得评估结论极不合理。基于此, 本文提出了改进的 KNN算法, 该算法更加注重候选范例的个体性, 候选范例到目标范例的距离、候选范例的概率分布等, 对目标范例的评估结论都有重要影响。实验结果表明, 本文提出的 KNN改进算法比经典 KNN算法评估结论更准确, 计算出的隶属度表征了关键事件成功失败的程度, 结论更实际更合理。

本文提出一种半监督 P-N学习互信息熵图像稳定算法, 构建一种图像稳定-学习框架 (Image Stabilization-Learning, ISL)。在互信息熵图像稳定基础上, 引入一种半监督 P-N学习机制, 对运动数据进行推理训练, 并通过对训练数据分类; 构建分类训练模型, 对运动参数进行预测; 在此基础之上, 通过评估模型更新运动估计参数, 实现对抖动视频序列进行在线补偿。本文经采用互信息熵稳定与半监督 P-N学习互信息熵图像算法对抖动视频序列测试对比, 运动估计稳定失误率降低至 1%, 进一步提升视频序列高频去抖动能力。

高功率固体激光器对入射的泵浦光具有严格的均匀性和工作深度要求。本文通过将微透镜阵列与长焦深菲涅尔透镜结合, 对半导体激光器阵列光束进行整形, 获得在长工作深度范围内的均匀光斑。本文针对 dilas E15Y-808.3-1260C半导体激光器阵列设计了目标光斑大小为 4 mm×4 mm的三维激光整形系统。仿真结果表明, 该光束整形系统与传统的多通道光束积分整形系统相比, 在光斑尺寸与均匀性保持不变的情况下, 工作深度增加了 2倍。

静态紫外地球模拟器是一种对紫外导航敏感器进行地面标定和精度测试的设备。本文设计了一种静态紫外地球模拟器光学系统, 提出大视场静态紫外地球模拟器光学系统设计方案, 对光学系统的参数进行了分析, 系统选用七片透镜进行设计, 有效孔径为 D=10 mm, 焦距为 f=100 mm, 视场角为 Φ40°。全视场相对畸变小于 0.036%, MTF在 50 lp/mm处大于 0.7, 波像差均方根值小于 0.037λ, 地球张角偏差 Δω＜0.006 7°,达到了高精度的指标要求, 满足设计要求。

对比了用不同镀制工艺方式镀制的 Ni80Cr20膜中性密度滤光片的中性度特性, 溅射工艺镀制的密度片中性度值 3.7%, 远好于电子枪蒸发和电阻蒸发镀制结果 (15%)。采用相平衡理论, 模拟计算了的热蒸发镀制的镍铬合金膜的蒸发速率, 铬相比镍含量偏高 2.8倍, 导致了膜层中合金含量相对膜料出现较大差异, 导致中性密度滤光片光谱中性度的下降。使用蔡司 SUPRA35扫描电镜和牛津 EDS能谱仪分别测试了溅射工艺和热蒸发工艺镀制的密度滤光片的镍铬含量, 测试结果与模拟分析结论基本一致。