21世纪是光的时代,光电子器件及技术快速发展,在我们身边无处不在。对比微电子器件在信息处理上的应用,我们不由得要思考为何要用光电子器件,将光电子器件用在何处,以及如何用光电子器件这几个问题。高速半导体激光器作为光通信系统中具有代表性的器件之一,在光通信和微波光子技术等领域中发挥着越来越重要的作用。系统介绍了高速直接调制激光器的基本概念,高速激光器的应用领域与分类,并讨论高速激光器面临的技术挑战与发展趋势。

水下对空光电成像探测技术即虚拟潜望镜技术为潜艇在安全深度下实现对海空目标的警戒探测提供了一种新的手段,对提高潜艇的隐蔽性具有重要作用。通过虚拟潜望镜技术获取的水下对空图像,可以解算出海况信息。在此基础上,提出了一种以太阳为观察目标,利用水下相机透过海水及波浪界面对其成像,从而解算海况的方法。在假定波浪为一维正弦波的情况下,仿真计算出在不同成像参数下的一维图像亮度分布,通过比对正弦波参数与图像亮度分布之间的关系,表明该方法可以发展成为一种有效的海况估算方法。

针对多波段高速成像载荷半物理仿真的需求,提出了一种双波段复合高动态场景仿真方法,重点解决双波段共轴成像系统在实验室环境下高速仿真的难题,详细论述了系统方案和高帧频驱动实现方法,搭建了光学仿真系统并进行了测试,实现了可见光和短波红外共轴光学复合仿真,视场20°,复合精度3个像元,8位图像仿真频率为400帧。仿真系统可用于验证光学载荷对目标探测与跟踪的性能,解决外场试验成本高昂的问题,提高光学载荷的技术成熟度。

透过水空介面成像是透过扰动介质成像领域的一个新方向,与透过单一湍流介质成像相比,这种成像方式的图像退化主要表现为更严重的随机畸变。提出了一种补偿水波扰动带来的随机图像畸变的算法。该方法可以从畸变图像序列中恢复出一帧无畸变的图像。首先对图像序列进行筛选,从图像序列中选出最清晰的一帧作为基准帧。使用非刚性配准结合一些后续处理,估计出基准帧到图像序列几何中心的非刚性变形向量场。然后,用这个非刚性变形向量场对基准帧坐标映射并插值得到无畸变的图像。最后,分析讨论了该算法的优势和局限性。通过实验验证了该算法的有效性。

白昼条件下,天空背景光散射强烈,星敏感器在近红外波段工作性能更优,但是由于近红外敏感器件本身特性,近红外星图存在着盐粒噪声、图像非均匀性引起的条纹噪声、背景不均匀性及背景过强等特性,导致难以实现对星图中星点进行有效的提取。为了提高星图星点提取能力,提出了一种结合逆谐波均值滤波、能量相关滤波和形态学滤波的多重滤波方法,先后解决星图盐粒噪声、条纹噪声、背景不均匀性及背景过强等问题,并且利用自适应阈值法和质心法实现近红外星图的星点提取。仿真实验结果表明:该方法能够有效地抑制噪声,改善近红外星图质量,星点提取的误差在0.5个像素以内。

目标跟踪系统中比较难解决的一个问题就是遮挡,当一个目标被另一个物体部分或全部遮挡时,跟踪的特性就会不完整或彻底消失,导致目标跟踪失败。为了解决这一问题,采用不变矩和归一化相关(NCC)对目标遮挡进行判断,然后采用目标位置和速度进行航迹外推,对大量外场视频进行仿真并把算法移植到硬件平台。结果表明,通过上述方法可以有效解决目标跟踪遇到的遮挡问题。

为了改善自动对焦过程中爬山法的搜索性能和对图像清晰度进行更合理的评价,提出基于动态搜索步长的自动对焦算法和一种自适应图像窗口动态选择的图像清晰度评价方法。在用红外变焦镜头采集的多个变焦视频中提取图像,建立仿真模型比较了该方法和几种经典的对焦算法的性能差别,实验结果表明: 提出的对焦窗口搜索方法在视场中具有多个目标时,能进行更合理的评价；在进行对焦搜索过程中,本方法在过冲次数、最大过冲步数、行程步数和离焦程度这四个指标上具有明显优势,有效地减少了搜索过程中反复来回越过对焦位置产生的“拉风箱”现象,节约了搜索时间。

针对序列星空图像极大似然估计方法检测非线性运动弱小目标效果较差的问题,提出了一种基于非线性极大似然检测的弱小目标检测方法。首先对目标的运动方程进行泰勒展开,然后以一定的阶次的方程仿真目标在星图上的运动,并通过序列图像在非线性空间解算目标运动的非线性参数,获得目标的运动方程。最后通过归一化斑点检测算子对结果图像中的目标进行检测。实验结果表明在目标信噪比低于2且进行非线性运动时,提出的方法检测目标效果较好。

为了消除光学扫描全息系统重建图像的离焦噪声，采用了随机相位编码和连通域标记方法。该方法利用了基于随机相位编码的光学扫描全息方法在聚焦层图像上的离焦噪声比传统的光学扫描全息方法更为分散的特点。只要选取合适的阈值，基于随机相位编码的光学扫描全息重建图像的离焦噪声就可以消除，而传统的光学扫描全息仍然存在较多的离焦噪声。实验结果表明该方法可以得到更好的重建图像效果。

光纤传感器以光波为载体、光纤为媒介实现对被测信息的感知和传输,具有抗电磁干扰、信号传输距离远、现场无需供电等优点,在**和民用诸多领域得到了广泛应用。提出了一种新型光纤传感技术——双频干涉型光纤传感技术,该技术结合了干涉型光纤传感器与波长调制型光纤传感器的优点,不仅分辨率高,而且易于解调和复用。围绕超短腔双频光纤激光器制作、对外界敏感特性、换能机制、传感器复用技术等方面展开研究,并特别介绍了双频干涉型光纤声波/超声波传感器及其在生物光声成像等方面的应用。