光伏农业将光伏技术与农业结合,不仅可能成为我国在光伏应用技术方面的一个重大突破,而且更重要的是可能为中国农业突破缺水、劳动生产效率低等瓶颈问题带来一个颠覆性变革机遇。分析了光伏农业潜在的优势,指明了光伏农业标准制定的思路,即在现有光伏产品标准以及塑料植物大棚标准的基础上,增加透光率(分光比)标准,光照均匀性标准和单位土地年发电量标准这三个主要内容。

自由立体显示中的视频图像在合成过程中存在速度要求高,图像处理数据量大等特点,在显示过程中,一旦用户偏离有效观看视区则无法看到正确的立体图像,到目前为止这些问题仍然存在,并阻碍着立体显示行业的发展。针对这种情况,提出了一种结合人眼跟踪算法的立体视频合成系统。通过判断人眼在屏幕前的位置,实时调整立体图像融合算法,使人眼始终能看到正确的立体图像对。由于该系统对跟踪的实时性和精确度要求较高,之前已有的算法很难同时在这两方面表现出色,因此提出了一种改进的人眼跟踪算法。该算法核心是基于ASM模型的人脸检测,并充分考虑了现场噪声和人体姿态频繁调整的特点,对ASM模型建立时空缓冲模型,处理结果直接映射到实际光栅空间分布模型中。根据当前ASM缓冲模型和光栅空间分布对应的映射点,对显示的图像进行相应的立体合成处理。这种自动跟踪人眼位置的立体视频显示方法跟踪速度快,位置计算精确,有效地扩大了立体视图区域。实验结果表明,该方法使观看者可以自由移动,在适当的范围内都可以看到清晰的立体影像,同时视频合成与播放的速度流畅,大幅提高了用户观看的舒适感。

为了探索光谱成像干扰效果的评估方法,基于实施干扰前后光谱图像数据图像特性的变化,提出了应用实施干扰前后光谱图像熵的变化量评估光谱成像干扰效果的方法,结合光谱成像伪装干扰试验实测数据对该方法进行了验证分析。结果表明,图像熵的变化量可以定量、精确反映干扰对图像特性的影响,并可便捷、直观地展示光谱成像干扰效果在不同光谱波段之间的定量差别和细微变化,因此可以作为光谱成像干扰效果的一种定量评估指标。

利用单色平行光照射玻璃微珠,入射光在玻璃微珠内经过一次或多次内反射后出射光在最小偏向角会形成彩虹条纹。基于几何光学理论,根据最小偏向角的大小计算玻璃微珠的折射率。为了实现其快速测量,采用参数递推公式计算Otsu法的最佳阈值,并用改进的Otsu法对彩虹图进行了有效的阈值分割。提出了一种能快速有效判断彩虹条纹边缘的方法,并用该方法自动测量了彩虹条纹最外环边缘半径,从而实现了最小偏向角的快速计算。此外,对玻璃微珠折射率测量过程中的不确定度进行了计算,对不同型号的玻璃微珠,折射率的不确定度在10-4数量级,验证了上述方法的正确性。

动目标多观测点图像去模糊及三维重建是三维视觉检测与测量技术应用中的难题,而特征检测对去模糊及三维重建的结果影响较大。针对这个问题,提出了一种基于多观测点图像SURF特征配准及去模糊的三维重建方法。首先对图像进行SURF特征点检测并对这些特征点进行配准,根据配准的特征点求解Kruppa方程得到各视点图像的相机内外参数矩阵,进而求取图像的点扩散函数即模糊核并对图像进行去模糊处理。其次,提取图像中的SURF特征点并进行配准,求取任意两幅图像的仿射变换矩阵,获取多观测图像的像素点投影。最后根据SURF特征的配准及多观测的投影结果,对去模糊后的图像进行立体匹配,从而完成多观测图像的三维重建。实验结果表明提出的方法对多观测点图像去模糊及三维重建具有良好的效果。

多路视频实时编码传输技术是多摄像机凝视型全景成像系统中的关键技术之一。设计了一种以DM368多媒体处理器为核心的六路视频实时H.264编码传输系统。作为针对多媒体领域的片上系统(SoC)DM368采用ARM9处理器加视频编码协处理器方案,用硬件编码器对视频编码可以减少系统资源的消耗,而ARM9中运行的嵌入式Linux系统可以灵活的控制网络通信、视频采集、硬核调度等任务,是一种开发周期短、性能优越的多路视频编码解决方案。经测试,本系统对六路PAL视频进行编码传输实时性强、画面质量高、满足多摄像机凝视型全景系统的需求。

在多路图像传输领域,系统对于图像的传输速率有很高的要求。针对目前的反射内存卡传输速率只有2.125 Gb/s的现状,不能完成多路高清图像传输的要求。依据Virtex-7 FPGA高速串行模块GTX接收器的线速度高达12.5 Gb/s的原理,设计了一种高速光纤反射内存卡,同时该板卡与主机通讯采用PCIE接口,能够实现高清图像到主机的高速传输。结合PLXMon软件对板卡的通信情况进行测试,测试结果表明外界可以向板卡存储写入数据,同时板卡可与主机进行通信。该板卡的设计可以应用于大规模高清图像传输领域。

用光纤激光器和阵列波导光栅搭建多通道自混合干涉系统,用光谱分析仪监测环路中的光谱特性。研究了多通道自混合干涉时的环路中光谱的特性以及温度对自混合干涉效应的影响。实验结果显示:环路中无光反馈时,其光谱是多个峰值,各峰值与阵列波导光栅通道特性对应,其包络与掺铒光纤激光器的自由增益谱吻合;有光反馈时,该通道光强减弱,多个通道同时引入光反馈时,光路中能量泄露到其他增益较高的通道,形成尖锋;当靶面距离光纤端面较近时,形成强反馈,该通道中会产生自激现象;当环境温度较高时,与AWG对应的各通道都能形成明显的波峰和波谷,温度较低时,波长较短部分波形较平坦,不适合作为传感通道。结果表明,多通道自混合干涉系统用于传感网络是可行的。

为了解决预制棒直径的增加和拉丝速度的提高所带来的光纤内部应力增大的问题,提出利用退火炉改善光纤内部应力的方法,并且从理论上分析了应用退火工艺改善光纤内部应力的原理。通过对比实验,得到退火工艺对光纤衰减、翘曲特性和光纤脆性的影响。在退火工艺条件下,所制得的光纤在1 310、1 550 nm波长的衰减典型值分别为0.317 dB/km、0.182 dB/km,翘曲度值在14 m以上,光纤的剥纤断纤率降低到0.08%。

卫星遥感、深空探测、电子对抗以及基础科学研究等领域的发展,促进着微波系统向着高频、宽带、大动态范围、广域覆盖等方向发展。传统的微波系统在微波信号的生成、分配、控制、处理等方面面临巨大挑战。微波光子学是研究微波和光波相互作用规律及应用的一门新兴学科,它利用光子学方法产生、分配、控制与处理宽带毫米波信号,被普遍认为是应对上述重大挑战的有效途径。重点阐述了微波光子技术的基本概念、发展历程及其应用前景;分析了微波光子技术面临的动态范围、转换效率、相位噪声等方面的挑战以及最新的研究成果;介绍了微波光子技术在干涉天线组阵、雷达模拟前端信号处理以及光钟方面的应用成果。

为了验证双光路敏感器折反部件在实际工况下是否会发生成像失真及结构损坏,采用有限元分析软件MSC.Nastran对双光路敏感器结构进行了静态分析和模态分析,得到了结构的静态特性及固有频率。根据分析图像所得数据及反射定律计算,得到折反镜实际反射光线与理论反射光线的偏移量为0.03 mm,小于设计时的理论安全值0.05 mm,验证了折反部件在静力学作用下变形较小,成像不会失真;动态分析得到折反部件的基频为1 647.5 Hz,基频较高不易产生共振,具有一定的结构稳定性,成像结果令人满意。对进一步的结构优化设计提供理论支持;此外,对提高样机的可靠性,降低风险具有指导意义。

为了实现离轴二次非球面反射镜几何参数的高精度测量,提出了一种激光干涉仪和激光跟踪仪相结合的测量方法。在离轴二次非球面反射镜的无像差点法干涉检测光路的基础上,使用激光跟踪仪的反射球标定离轴二次非球面镜的特征点位置和曲面的空间位置,通过简单计算得到反射面的几何参数。实验中对一离轴凹椭球反射镜进行测量,其二次曲面系数k和曲率c的测量精度分别达到了0.000 1和0.000 000 2。结果表明这种测量方法用于离轴二次非球面反射镜几何参数的高精度测量是合理可行的。

烟幕具有对红外波段的吸收、反射和散射等特性,可以导致红外成像系统接收到的能量大大衰减,降低其探测能力。烟幕的运动特性、形态特性和透过率分布等对红外成像系统干扰效果均有影响。在分析红外探测系统响应和烟幕透过率特性的基础上,基于实测烟幕数据仿真了单发烟幕的辐射特性、运动特性、形态特性和透过率分布。结果表明基于实测烟幕数据的烟幕仿真较好地体现了烟幕形态特性和运动特性等对红外探测系统跟踪性能的影响,为红外烟幕的仿真提供了一种有效的方法。

主要研究了环形腔体的微小形变对光束稳定性的影响。首先基于环形腔内光线传播的傍轴矩阵建立了光束在腔内循环的稳定条件,然后基于几何模型分析了腔形微变与稳定性参数的相关性。分别在弧矢面和子午面上的特定模拟仿真表明,对于初始结构满足稳定条件的正矩形腔,腔体的微小形变和反射镜的微小偏转都不会导致光束发散,光束的传播依然满足稳定条件|A+D|＜2。

为了精确地检测非旋转对称的非球面面形质量,将衍射补偿元件计算全息图(CGH)应用到非球面透射式检测光学系统中。利用计算全息图(CGH)可以生成任意形状的波前这一特点,对由三次面形和双曲面叠加而成的集成式波前编码器件进行检测,详细地给出了从检测系统的设计、计算全息图数学模型的建立,到CGH的制作和制作误差分析的过程。以口径33.84 mm的波前编码器件为例,检测系统的模拟残余波像差的峰谷值是0.037 3λ,均方根为0.006 3λ。利用激光直写技术,加工制作了口径为56 mm的计算全息板,计算全息图的制作误差为0.086λ,验证了计算全息图在检测自由曲面中的可行性。

气泡是常见的玻璃缺陷,远场干涉法可直接测量玻璃厚度方向的气泡尺寸,为了给测量时观察角的选择提供理论依据,基于几何光学原理和菲涅尔公式,建立了光束的远场干涉模型并导出干涉条纹的相对光强计算公式。以冕牌玻璃(K6)、重冕玻璃(ZK6)、重火石玻璃(ZF6)为例,通过数值分析,得到干涉条纹的相对光强分布规律:相对光强幅度随折射率的增大而增大;全局来看,相对光强幅度随偏向角的增大呈先增大后减小的趋势,其变化不具有周期性;局部来看,相对光强幅值、条纹角间距近似相等,其变化具有近似周期性,且条纹的可见度较高。

为了实现夜间路面物体的准确定位,提出了一种基于阴影的夜间物体单目定位技术。该技术基于张正友的平面标定方法,并采用数字图像处理技术实现了在夜间物体的准确定位。通过图像增强、大津阈值分割、形态学处理等技术提取出阴影,并利用世界坐标系与相机坐标系的关系计算出物体离相机的距离。给出了基于阴影的夜间物体单目定位技术的理论模型、基本步骤,并进行了相应的实验研究。实验结果表明:该方法能有效地实现夜间物体的定位,其中物体定位的平均误差为0.75%。相对于通常所用的双目定位方法,该方法简单易行,运算速度更快,可以推广到汽车夜间自动驾驶、机器人夜间行走等方面。

激光能见度仪用于测量大气能见度,激光回波信号时间测量误差是影响能见度测量精度的重要因素,采用多模式高分辨率时间数字转换器解决了激光回波时间间隔数字化精度问题。在介绍时间数字转换器应用于测量不同范围时间间隔的基础上,设计了一种用于高精度多分辨率测量电路。通过实验验证,不仅短距离测量精度能达到厘米级,远距离测量精度也在米级,测量误差均小于20%,能够满足能见度测量对精度和实时性的要求。

高反膜的抗激光损伤特性严重影响着激光系统中激光器有效输出功率的提高。因此提高高反膜的抗激光损伤特性就成为了关键。在真空箱式镀膜机中采用阻蒸发法制备Ag膜,电子束蒸发的方法制备介质保护膜,采用Lambda950测试其光学特性,在激光损伤测试仪上测试薄膜的损伤阈值。分析沉积温度对单层银膜光学特性和附着力的影响,不同层数的介质保护膜对Ag膜的光学特性和抗激光损伤能力的影响。研究结果表明:沉积温度分别为室温、120 ℃、150 ℃及200 ℃时制备单层银膜,在沉积温度200 ℃下,制备的银膜在1 000~1 400 nm波段的平均反射率达到了99.17%,此时银膜的激光损伤阈值为1.74 J/cm2,在银膜外侧加介质保护膜后其损伤阈值达到了6.874 J/cm2,经激光预处理后,损伤阈值提高到10.83 J/cm2,是单层金属膜损伤阈值的6倍。