在传统粒子群相关搜索算法 (PSO)基础上提出一种新的数字相关算法, 自适应决策粒子群优化 (ADI-PSO)相关搜索算法。 ADI-PSO综合了自适应惯性因子和决策终止判定两种特点, 使得该算法能够通过在迭代过程中不断更新惯性因子加快收敛速度, 同时能够智能判定终止与否, 因而能更快的获取准确的搜索结果。通过两组对比试验验证了 ADI-PSO算法的精度相对 N-R算法接近一致, 但搜索速度更快；粗糙散斑图下三种不同粒子群方法得到最佳适应度均值为 -0.038 6、0.888 1、0.917 6, 相较于传统 PSO、LDI-PSO, ADI-PSO运算时间均值最少, 稳定性更高, 收敛速度更快, 并能有效避免过早收敛。

为了实现大直径窄环带平面平面度的精确测量, 提出一种利用内调焦光管结合精密转台的基于光学及图像处理的新方法。首先利用内调焦光管把光纤点光源成像在被测圆环上方, 精密转台带动点光源的像点旋转在空间画圆, 以此圆所在的平面为基准, 用 CCD探测器接收点光源像点, 根据脱靶量测出被测点与基准平面的距离, 然后把测量数据展开成傅里叶级数进行谐波分析, 去除常数项及一次项对测量结果的影响, 通过数据处理计算即可得到被测环面的平面度。对该方法的基本测量原理进行了研究分析, 并结合实例对一外径 5 m、内径 4.4 m、高0.5 m的圆环零件进行平面度的测量, 测得其平面度为 0.285 mm, 重复性为 0.009 3 mm。最后对该方法的测量不确定度进行了分析, 其合成标准不确定度为 0.007 4 mm。

在基于三角测量原理和条纹投影方法的三维面形测量技术中, 三角投影会出现局部的阴影、遮挡。此外, 为了多次测量数据的有效拼接配准, 常常在待测物体表面添加必要的标记点。以上因素都会导致条纹图形的局部断裂, 最终导致三维点云数据的部分缺失。为保证三维测量结果的完整性和精度, 本文将径向基函数应用于缺失三维点云数据的插补。模拟和实物实验证明, 本文算法修补曲面较为光滑, 接近物体的原始数据, 有望用于三维面形测量结果的缺失数据修补。

为了使连铸坯的定尺切割工艺技术升级为定重切割, 提出了一种重量实时累加式连铸坯线结构光视觉定重方法, 并对该方法的原理、测量模型和定重过程进行了研究。根据线结构光视觉测量原理, 由视觉传感器测量并计算连铸坯当前被测横截面的面积, 同时由另一视觉传感器测量并计算当前被测横截面与前一被测横截面在连铸坯传送方向上的间距, 进而可计算出相邻两个横截面之间连铸坯段重量, 通过各相邻连铸坯段重量的累加实时监测通过测量位置的连铸坯重量, 从而实现连铸坯的定重切割控制。组建了实验系统, 以规则的矩形实心型钢为被测实验件进行了定重实验。实验结果显示该方法定重的相对误差在 1‰以内, 远远小于生产企业目前的 8‰误差精度要求。该研究为连铸坯定重切割技术的实现提供了一定的理论参考。

为了提高同步扫描三角测量系统的测量精度, 对系统各个参数进行分析。首先, 简要介绍了同步扫描三角测量系统的工作原理及系统参数构成。其次, 根据系统参数, 分析 M1、M2、M3、M4、CCD的位置误差与角度误差、透镜及 M3厚度误差对系统精度的影响, 并得出系统参数在测量范围为 0.6 m和 10 m处的测量误差曲线。然后, 根据对系统测量精度的影响程度, 把系统参数从高到低进行排序, 目的是为在机械设计及加工时对系统参数进行不同程度的重视。最后, 对系统进行实验测量, 获得三维点云。

针对传统热辐射偏振模型忽略物体表面微观分布的问题, 进行红外热辐射偏振特性建模仿真研究, 基于微面元偏振双向反射分布函数 (pBRDF), 结合微观结构分布情况建立红外热辐射偏振度模型。利用红外热辐射发射率的平行和垂直分量的和分之差来表示偏振度, 根据基尔霍夫定律和微面元双向反射分布函数 (BRDF)得到发射率与半球空间反射率之间的关系, 最后将微面元 BRDF偏振化计算定向半球空间反射率, 继而得到定向发射率矩阵并计算偏振度。仿真结果表明, 模型仿真得到的红外热辐射偏振度与发射角的关系曲线与实际测量结果基本保持一致, 并且与传统红外热辐射偏振模型仿真结果相比较更符合实测值, 在表面粗糙度较大的情况下, 能够更准确地反映物体的红外热辐射偏振特性。

多视点彩色加深度视频 (MVD)是目前 3D场景的主流表示方式之一。在 3D-HEVC的编码框架中, 深度视频帧内编码具有较高的编码复杂度。本文提出了一种基于区域分割的 3D-HEVC深度视频快速帧内编码算法。首先根据对应彩色视频的纹理特征和深度视频的边界提取结果, 把深度图分为四个区域；然后统计分析了各区域中深度视频编码失真对绘制中间视点质量的影响以及帧内编码预测模式的分布规律；最后设计了在不同区域里采用不同的 CU尺寸提前决定、模式粗选限定和快速 DMMs模式决定的算法。实验结果表明, 本文提出的算法在绘制的中间视点质量不变的情况下平均节省 55.11%的总体编码时间, 对于深度视频的编码时间平均节省 61.57%。

针对目前单一地从左右立体图像进行视差估计的问题, 提出一种新的立体匹配算法, 利用离散小波变换将目标图像分解为多个子带, 针对各个子带图像实施阈值改进, 继而进行小波逆变换提高各个子带图像的匹配质量。在此基础上基于图像分割算法进行视差估计, 并结合人类视觉系统模型 HVS的噪声可见度函数将各个子带的视差图像融合为最终图像。实验结果表明, 与以往算法相比, 该算法有效提高了视差估计精度。

本文从感知特征图与立体图像质量的关系出发, 提出了一种立体图像感知特征图失真程度预测立体图像质量的评价模型。首先, 从人类视觉系统对图像的理解方式出发, 提取立体图像的视觉感知特性相关的特征图像；然后, 计算感知特征图的失真程度, 构成感知特征集并作为立体图像的特征参数；最后, 用随机森林分类算法进行特征融合, 建立立体图像质量评价模型。实验结果表明, 本文模型符合人眼视觉特性, 能够较好地预测立体图像质量。

针对无边缘主动轮廓模型 (Active contours without edges, C-V)难以分割灰度分布不均匀的甲状腺超声图像, 本文提出结合局部信息改进的 C-V超声图像分割模型。该方法根据局部信息具有不受灰度分布影响的拟合特性, 利用图像局部拟合信息构造一种新的速度函数, 使速度函数依据图像局部灰度变化控制曲线的演化速率；然后将该速度函数引入到 C-V模型中, 具有全局分割能力。实验结果表明, 本文方法可以实现对灰度分布不均匀的甲状腺肿瘤超声图像的准确分割, 且分割效率也有所提高。

为了解决暗原色先验去雾算法去雾后图像出现饱和区域和亮度过低的现象, 本文使用“大气光图”来代替原算法中的大气光值进行去雾。即去雾时使用的大气光值是像素点的位置函数, 解决了整幅图像使用同一大气光值导致的上述问题。假设图像中亮度变化方向是沿着 4个基本方向, 并且亮度沿着亮度变化方向分段单调变化, 采用分段线性插值的方法生成渐变的大气光图。新算法原理简单, 单帧图像的去雾时间没有明显的增加, 并且有效地改善了暗原色去雾算法的去雾效果。

图像内部不同位置或不同图像之间包含有相似的像素或图像分块, 通过对相似块的融合可以完成高分辨率图像的重建。为了充分挖掘图像中潜在的相似信息, 以提高重建质量, 利用图像的几何变换自相似性, 提取图像的邻域 Zernike矩特征进行非局部相似性测度, 提出一种融合几何变换相似信息的联合加权的序列图像超分辨率重建算法。实验结果验证了本文方法的有效性, 与同类方法相比, 本文方法具有更好的重建效果。

对大型金刚石圆锯片的内应力检测是通过测量其变形来实现的, 而检测过程中圆锯片的振动会引起测量结果的波动。为了提高检测精度, 本文提出了一种基于曲线拟合的圆锯片变形检测算法。首先利用固定滑窗移动的方式对定量的数据进行重构, 形成新的数据结构, 然后对新的数据结构进行正交多项式曲线拟合以降低噪声。根据此算法建立了圆锯片变形检测装置, 并对直径为 1 700 mm的锯片进行了测量。实验结果表明, 该算法降低了检测系统及圆锯片本身振动带来的变形误差, 检测精度可达 0.02 mm。

本文采用可调谐二极管激光吸收光谱法 (TDLAS)的波长调制技术, 实现气体温度的测量。考虑到 H2O在大气中、工业生产中普遍存在, 我们选用了 H2O作为测量气体温度的载体, 利用 H2O在 1 397 nm附近谱线对, 通过分析二次谐波信号的峰-峰比值与不同温度的关系, 获得温度测量值, 并通过数值拟合, 分析了在 400～1 100℃温度范围内系统测量的温度误差 (<0.113%)。结合现场结构, 该设备能够用于工业生成过程中的温度监测, 设备性能远优于目前使用的仪器, 能够为燃烧锅炉等生产设备提供准确的温度监控数据。

针对全反射傅里叶变换成像光谱仪存在入射光能浪费的问题, 对其中的菲涅尔双面镜提出了一种改进型结构, 将原相连的菲涅尔双面镜分开一定距离, 同时将分离后的两块平面镜各自围绕光轴向上移动适当距离, 使其围绕光轴上下对称的干涉场仅在光轴的上方分布。仿真研究表明, 改进后的双面镜结构可使入射光能的利用率提高一倍, 同时干涉条纹傅里叶变换的分辨率提高一倍。这对提升全反射傅里叶变换成像光谱仪的弱光检测能力和拓展其光谱检测范围具有重要意义。