为了实现对布拉格光纤光栅的温度补偿,提出了一种新的热应力温度补偿机制。设计并制造了一种新型的、采用在线成型工艺的光纤光栅温度自补偿应变传感器,该传感器不仅具有温度补偿功能,而且可以实现应变增敏,解决了管式封装胶粘不牢、胶层老化、以及温度补偿的传感器不能测量应变的问题。实验结果表明,在-20~40 ℃,该传感器实现了良好的温度补偿和应变增敏效果。在实验温度范围内,光栅传感器的波长基本保持不变;应变敏感性为1.69 pm/με,是原来的1.4倍,与理论计算值吻合得很好。该传感器通过单光栅来实现温度补偿功能,并且能够测量应变,解决了光栅传感器现存的一些关键问题。

采用400 mm口径,12 mm厚的球面反射镜进行了主动光学实验。实验镜支撑结构由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成。主动支撑点用压电陶瓷促动器和压力传感器组成力促动器,用于控制实验镜面形;固定支撑点用于控制实验镜的定位。实验中通过干涉仪测试镜面面形。分别测量出反射镜在单独一个促动器施加单位作用力前后的镜面面形,求出这两个面形之差得到该促动器的响应函数,由各促动器的响应函数组成刚度矩阵,然后用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。最后,通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程。经过3次校正,将初始状态的1.22λRMS的面形误差校正到0.12λRMS,接近了镜面加工的0.1λRMS面形精度,说明所采用的主动校正算法和过程正确可行。

为了解决采用细平行光照明测量大像差人眼时测量精度下降的问题,设计了一种自动可调照明系统。照明光路中加入了一个位置可以自动调整的准直透镜,调整这个透镜的位置可以准确地改变照明光的光屈度,精密电控平移台可以对准直透镜的位置进行快速准确扫描定位。实验测量了模拟眼的像差,对细平行光照明系统和自动可调照明系统的实验结果进行了对比。结果显示,使用自动可调照明使传感器获得图像的峰值信噪比(PSNR)由5.72 dB提高到19.89 dB,对-5 m-1模拟眼测量的平均离焦也由-(4.285±0.208) m-1提高到-(5.041±0.157) m-1,表明使用自动可调照明系统提高了Hartmann-Shack传感器图像的信噪比,使测量结果更加准确。

卫星光通信系统的光学天线由物镜和目镜构成,两者在光轴方向的间距对系统的发射和接收性能有重要影响。轴间距通常由干涉仪确定,但干涉仪与光学天线的工作波长不同时会引起镜头组焦距变化,导致物镜和目镜的轴间距存在偏差。为了能利用单波长干涉仪精确调试物镜和目镜的轴间距,本文根据光学天线在干涉测量装置中的程函方程,研究了因波长差异引起的物镜和目镜的轴间距变化量与干涉条纹变化量的相应关系,并据此提出一种能精确调试光学天线物目镜轴间距的方法。提出了几种检验该方法有效性的验证方案,包括实验验证和计算机仿真验证两大类。基于计算机仿真的验证结果表明,卡塞格伦反射式光学天线和透射式光学天线轴间距模拟调试误差分别＜15%和＜3%,仿真误差满足使用要求。

为了确定帘幕式快门各尺寸参数与曝光精度的关系,结合帘幕式快门的工作原理及快门的曝光时间表达式建立了曝光精度的数学模型。讨论了影响快门曝光时间精度的主要因素,对曝光时间表达式中的各个参数误差进行了分析,应用误差合成法计算了各个参数误差对曝光时间的影响程度。最后,对现有航空相机中应用的快门进行了精度分析和计算。实验表明:快门的曝光时间精度随着帘缝宽度的增加而提高,现有航空相机快门的曝光时间最低精度为曝光时间的6.4％,高于理论计算精度8.59％。在1/1 000~1/100 s,快门的有效曝光时间与帘缝宽度成正比,帘缝宽度对曝光精度的影响是帘缝速度对曝光精度影响的3.6倍。

在CCD、CMOS等硅基光电成像器件的光敏面镀下变频薄膜将紫外波段的光变为可见波段的光,可实现CCD、CMOS等硅基光电成像器件的紫外响应。考虑Zn2SiO4:Mn粒子直径小,稳定性好,荧光量子效率高等优点,本文用“旋涂法”在石英基底上生成Zn2SiO4:Mn紫外增强薄膜,并对其透射光谱、吸收光谱、激发光谱与发射光谱等光学性质进行分析。实验测得薄膜在300 nm以下透过率极低并具有很强的吸收,在300 nm以上透过率很高且吸收很弱;激发峰在260 nm,发射峰在525 nm,可以实现将紫外光转化为可见光。分析了Zn2SiO4:Mn薄膜的均匀性、厚度、稳定性等物理性质对其变频性能的影响。实验结果表明,利用Zn2SiO4:Mn薄膜可以有效增强CCD等光电器件的紫外响应,实现光电器件的紫外探测。

为更好地设计转盘式中子斩波器,建立了单斩盘和异向旋转双斩盘的结构模型。采用国际上常用的Mcstas模拟计算软件,分别对单斩盘和异向双斩盘产生的中子束流脉冲的形成特性进行了模拟计算,获得了相关物理参数对斩盘产生中子束流脉冲的影响曲线,讨论了单斩盘与双斩盘脉冲形成的束流特性的差别与优缺点。分别对单斩盘和异向旋转双斩盘模型产生的中子束流脉冲可能产生的误差进行了理论分析,讨论了各客观物理因素对误差的影响。结果表明,考虑实际应用条件,在特定物理参数下,异向旋转双斩盘的第二斩盘窗口宽度应在不超过34 mm的范围内综合选择。计算结果可用于中子斩波器的理论设计及其相关物理参数的选择。

为了有效地将激光粒度仪所获得的光能分布反演为颗粒粒度分布,提出了一种无模式综合反演算法,即二阶段迭代算法。该算法综合采用了改进的共轭梯度法和松弛迭代法的优点,使用共轭梯度法做第一步预迭代,利用其快速收敛性和解的平滑性得到第二步迭代的初始解;然后,使用正则化方法对原问题进行修正处理以得到具有较好稳定性的正则化方程;最后,采用改进的松弛迭代法把第一步预迭代的解作为初始解对改进后的正则化方程进行行迭代求解。对算法进行了分块操作,并对所有模块如共轭迭代法、正则化法、松弛迭代法进行分析,指出各模块的可行性与必要性,同时进行各模块参数的独立和综合的最优化选择。相比于单独地使用以上某一种方法,该综合方法能同时改进解的稳定性和准确性,对单峰和多峰分布的国家标准样品及具备噪声的模拟信息测试也取得了较好的分辨精度。

激光测距系统中的发射器件和接收器件具有温敏特性且均为小功率器件,精密测温电路采用Pt电阻时,Pt电阻的自热效应影响测温精度。为减小自热效应产生的测温误差,在分析Pt电阻测温误差产生机理的基础上,提出了一种新的脉冲电流供电方案,建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型,给出了脉冲宽度和热量积累的关系,并通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差。使用高阶正交多项式拟合法对Pt电阻的非线性进行了补偿,给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验,在不同的温度点,该温度测量系统的最大误差为0.000 6 ℃。系统稳定性测试结果表明,该系统在0~15 ℃时,各温度点控制稳定度均优于0.005 ℃,满足高精度激光测距的需要。

在轨光学相机探测图像数字仿真系统可为空间相机的方案设计、信息处理算法研究与验证及地面性能测试等提供技术支持。本文根据在轨光学相机测量原理与工作环境,建立了空间目标的相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型;分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了干扰因素对成像质量的影响,完成了现有星表中背景恒星的视星等,根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算(探测星等>9 mV,计算误差<10%),提高了仿真图像的逼真度;最后,根据相机工作原理设计了仿真流程,应用Visual C++与Open×GL技术实现了仿真软件并根据具体的在轨光学相机CCD与光学系统参数对探测图像生成方法进行了仿真验证。结果表明,该系统能够满足空间相机研制与性能测试的要求。

为了解决大功率空间相机电子设备的散热问题,对某空间相机电子设备的热控系统进行了设计。针对需要散热的电子元器件、印制板以及设备机箱采取了加导热片、表面发黑处理、填充导热填料等高可靠性的导热和辐射方式进行散热。然后,以某个器件为例建立了散热通道简化模型,进行了散热效果的估算。最后,根据电子设备的空间环境、结构特点以及采取的热控措施,应用TMG软件建立了热分析模型,对其热控系统进行了仿真分析,同时进行了电子元器件的结温计算。结果显示,电子设备印制板的温度为35.6～45 ℃,电子元器件的结温温度为45.4～88.5 ℃,均低于降额热控温度指标,散热效果明显。表明热控系统设计合理,所采取的热控措施能够满足设计要求。

为了减少有限推力作用下月球探测器软着陆所需的燃料消耗,提出了应用非线性规划方法来求解该最优控制问题。首先,从庞德里亚金极大值原理出发,将有限推力作用下月球软着陆问题转化为数学上的两点边值问题;在考虑边界条件及横截条件的前提下,将该两点边值问题转化为针对共轭变量初值和末时刻的优化问题;然后应用非线性规划方法求解所形成的参数优化问题。为了降低共轭变量初值选取的敏感性,引入共轭变量与控制变量之间的变换,用控制变量初值代替了共轭变量初值。实验仿真结果显示,本文方法能够成功实现月面软着陆,并且比传统的打靶法减少了2.1%的燃料消耗,表明本文提出的设计方法简单、有效。

为了在保证波长表面等离子体共振(SPR)分析仪动态范围的同时提高其分辨率,分析了波长SPR分析仪系统噪声对其探测能力的影响;以波长SPR分析仪的信噪比为目标,对波长SPR的数据处理进行优化。优化结果显示,最佳处理曲线为SPR信号最强时波长所对应的反射系数R1与信噪比最大时波长所对应的反射系数R2之间的前半部分SPR曲线。基于这段最佳处理曲线,采用了一种部分质心法数据处理方法。实验结果表明,采用此种算法可使SPR分析仪动态范围扩大一倍,在探测器光谱仪波长分辨率提高4倍的情况下,SPR分析仪的分辨率提高了将近10倍。采用此种算法测量折射率在1.332 5~1.360 0间的甘油溶液,线性相关系数＞0.99,说明此种算法对测试结果的线性度不会产生不利的影响,可满足波长SPR数据处理方法的要求。

鱼类游动时尾鳍的重要作用是产生推力。为了正确理解尾鳍的运动结构和运动特性,提出了基于傅里叶变换轮廓术的尾鳍实时三维形态测量方法。以巡游状态下的鲤鱼为实验对象,将影栅云纹投射在尾鳍表面,产生包含三维动态信息的云纹;由高速摄像机实时采集序列变形条纹,经过傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换和基于时间序列的三维相位展开等处理后,重建了尾鳍的序列瞬时三维形态模型,真实再现了尾鳍复杂的三维运动过程。由摆幅-时间曲线获得尾鳍的摆动频率为1.42 Hz,实验表明提出的测量方法不仅可用于研究尾鳍的动态瞬时特性,还可用于定量分析其连续变化过程。

为了提高大功率激光二极管列阵的散热效率以便提高其寿命和波长稳定性,研制了一种封装集成度较高的屋脊式硅基微通道热沉。将田口稳健设计方法用于微通道热沉的优化设计,利用正交试验和信噪比分析实现了参数的稳健优化。以(110)单晶硅作为基片,采用KOH各向异性刻蚀和硅-玻璃-硅三层阳极键合方法制作出了通道宽度约为50 μm的微通道热沉,通道壁面粗糙度优于0.1 μm。采用激光二极管芯片对样品进行了封装和测试,利用砷化镓激光波长的温度漂移系数估算出了中间激光二极管的有源区温升,从而计算出了热沉的热阻。测试结果表明,该微通道热沉的单位面积热阻约为0.070 cm2·K/W,与有限元分析结果基本一致。

为了实现电极位点与靶细胞的良好接触,改善刺激效果,同时保证刺激电极的自身安全,提出了一种具有圆滑外形的丘形柔性神经刺激微电极阵列。以光敏性聚酰亚胺(Durimide 7510)为基质材料,利用光刻和金属层图形化结合电镀工艺,制作了6×6丘形柔性神经刺激微电极阵列,每个电极位点底面直径为150 μm,高度约为50 μm。通过数值模拟、形貌观测和电学性能测试对制备的微电极进行了评价。实验结果表明:相对于传统的平面微电极阵列(具有相同底面积),三维丘形电极位点的阻抗(@1kHz)降低了约4倍,可实现更有效的刺激;而相对于塔形电极,丘形电极则具有更均匀的表面电流密度分布,保证了电极长期工作的安全性。

研究了LIGA/UV-LIGA的核心技术微电铸的内在规律,对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行了数值分析。以微流控芯片微模具上的十字电铸层为研究对象,建立了微电铸的数学模型。给出了描述微电铸体系电流密度和流体流场的偏微分方程,运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到了电流密度分布和流体流场分布的数值结果。选择十字铸层上的测量点,由该点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4 h的铸层生长高度仿真值,并与相同工艺条件下的微电铸实验铸层生长高度进行对比。结果显示,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437 μm,最小绝对偏差为0.264 μm。实验表明这种数值仿真方法适用于微电铸工艺设计的辅助分析,可缩短微电铸工艺的开发周期。

为了提高直流力矩电机速度控制系统的伺服性能,使精密光电稳定平台具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力,提出了一种基于加速度信号的扰动补偿控制方法。该方法建立了标称控制器,并利用加速度信号构造扰动观测器,快速、精确地补偿外界扰动及由模型误差造成的影响,从而提高系统的响应速度及抗扰动能力。实验结果表明,该控制方法显著地改善了电机控制系统的动态性能,使电机响应迅速而且没有超调;对于阶跃型外界扰动,系统的速度仅出现了宽度为0.1 s的脉冲型波动,且幅度比PID控制至少减小50%。此外,控制系统对于电机模型的不确定性具有鲁棒性。本文所述控制方法容易实现,适于工程应用。

为了完善高精度位移平台性能,提高平台位移直线度和定位精度,研制了制造成本较低的高精度无导轨位移平台机构。根据平行四边形和比例杆运动原理,设计了无导轨平台结构。介绍了平台的工作原理,并对其运动部件进行了有限元分析。用自准直平行光管和高精度测量头分别检测了平台的位移直线度和升、降位移误差,实验结果得出,该机构的位移直线度误差小于1",升、降位移误差小于0.02 mm,达到了平台设计要求。应用结果表明,该平台安装方便、体积小、易于养护,在有无重力的条件下均能正常使用,可应用于航天或其它领域的高精度位移系统中。

为改善静电陀螺仪球形空心转子的动态圆度,将转子静态时设计成两极长、赤道短的长球形,以补偿由离心载荷引起的两极向内收缩、赤道向外膨胀产生的圆度误差。首先,根据弹性力学薄壳理论的载荷弹性变形计算公式,应用小变形独立作用与合成原理,构建了静电陀螺仪空心转子表面径向载荷的径向变形与离心载荷的径向变形的迭加计算公式。然后,按该迭加计算公式构造了两极长、赤道短的长球形空心转子。最后,以示例对构造的长球形空心铍转子的设计、加工、测量进行了说明。实验结果表明:该加工后的长球形空心铍转子的极点半径比赤道半径长0.52 μm,与设计值0.54 μm相吻合。

为了对原子力显微镜(AFM)中压电陶瓷管扫描位移进行非线性校正,提出了一种微位移测量与校正的简易方法。采用涡流位移传感器测量微位移,将其放大100倍以提高检测灵敏度;得到了压电陶瓷管的位移-电压曲线,其最高位移分辨率计算值为0.4 nm。根据AFM中压电陶瓷管的工作特点,确定扫描范围下测量得到的位移-电压关系,通过对等间隔像素点施加对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正,依据像素点精度要求通过插值算法获得控制电压序列。系统采用LabVIEW虚拟仪器技术,校正后压电陶瓷管最大位移滞回偏差从10.1％降为0.4％。实验表明:扫描频率和扫描像素分辨率调节方便,同时校正算法复杂度也有所降低。

基于高场非对称波形离子迁移谱原理设计了一种由离子源,迁移区和检测器3部分组成的生化传感器。传感器采用真空紫外灯作离子源,高纯氮(99.999%)为载气,在常压下工作。加工了两种由两平行金属极板组成的迁移区,一种由两平板铜块组成,尺寸为25 mm×10 mm×1 mm;另外一种由微机电(MEMS )工艺加工,尺寸为20 mm×10 mm×1.5 mm。MEMS工艺加工的迁移区间距为1.5 mm,电场强度＜10 000 V/cm,不能过滤丙酮离子;铜块迁移区间距为1 mm,电场强度＞10 000 V/cm。当方波非对称射频电压峰峰值为1 600 V,频率为195.8 kHz,占空比为30%,补偿电压为-8.63 V时,采用平板铜块迁移区实现了丙酮离子的位移补偿,实验结果验证了传感器的性能。

为了降低飞行器侧摆及前后摆对TDICCD空间相机成像质量的影响,提出了对飞行器侧摆角和前后摆角范围及控制误差的要求,以获取高信噪比和高分辨力图像。根据TDICCD空间相机像移产生机理,给出了侧摆和前后摆引起的像移及像移计算参数的数学公式。应用调制传递函数(MTF)作为图像质量的评价依据,确定了满足空间相机成像质量要求的侧摆角和前后摆角范围,分析了飞行器侧摆和前后摆对地面像元分辨力的影响。计算得出,相机成像过程中,当侧摆角和前后摆角的控制误差为0.1°,且侧摆角和前后摆角的视轴角不大于4.8°;或当侧摆角和前后摆角的控制误差为0.05°,侧摆角和前后摆角的视轴角不大于9.5°时,可满足积分级数96级,MTF不小于0.95的要求。实验结果表明,该方法简单,易于实现,适用于TDICCD空间相机成像质量的研究。

数据更新率是星敏感器的一项重要指标,也是未来星敏感器研究的一个重要方向。本文提出了一种提高星敏感器数据更新率的方法。介绍了星敏感器数据更新时间的组成;着重分析了流水线并行处理机制提高星敏感器数据更新率的方法;描述了串行工作机制、二级流水线机制、三级流水线机制和更高深度流水线机制在星敏感器中的实现,并给出了其工作流程和数据更新率的计算公式以及软硬件的具体实现方法。将本文的方法在星敏感器工程样机上进行了试验和验证,结果显示,采用流水线机制可将数据更新率提高2～3倍,表明采用本方法可将国产星敏感器数据更新率提高至8～10 Hz。

针对串行粒子群优化(Particle Swarm Optimizer,PSO)算法存在计算量大、速度慢的问题,给出了一种基于数字信号处理(DSP)并行系统的并行PSO跟踪算法。在研制的4DSP并行系统上,采用基于消息传递模型及单种群的Master-Slave模式设计实现了并行PSO跟踪算法。用DSP-A实现初始化设置,其它3个DSP并行计算每个粒子的适应值。最后,由DSP-A比较每个粒子的适应值与其个体极值的优劣,选择较好的个体极值和整个种群的最优解,更新每个粒子的位置与速度。利用该系统采集实际序列图像进行了算法仿真验证,其加速比为2.525,效率为63.13％,该算法为全局优化大规模目标跟踪工程的实现提供了一个新的选择。

高速傅里叶变换(FFT)处理器的设计是实时信号处理系统的核心问题。本文基于现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array),采用并行处理和单路延迟反馈SDF(Single-path Delay Feedback)流水线技术相结合的方法,设计了高速FFT处理器。该处理器内存资源消耗较并行结构有所减少,运算速度较单独的SDF流水线结构有所提高。建立了处理器的算法和设计模型,并根据模型对处理器各组成模块进行了优化设计,在保证处理器速度的同时,减小了资源消耗,其工作频率可以达到150 MHz,数据率超过600 Msps,软件仿真结果和实验室硬件平台测试验证了设计的可行性。

针对光电成像跟踪器信号处理、传输造成的测量时滞和系统模型不确定的特性,设计了一种鲁棒自调整内模控制算法。首先,给出基于相位裕度和幅值裕度的系统控制器参数整定方程。然后,分析得到了模型失配情况下的系统鲁棒稳定条件以及参数的设计准则。最后,引入基于二次型性能指标的优化方法在线自适应调整控制滤波器参数来提高系统的控制性能和鲁棒性。在四轴光电跟踪转台上的实验结果表明,所设计算法可有效地克服光电图像跟踪器测量时滞所造成的跟踪偏差,跟踪精度＜1 mil,保证了成像传感器对目标的快速准确跟踪。

为了定位和减弱由于震动等因素引入检测数据中的奇异性信号,从而更加准确地分离表面粗糙度轮廓以评定表面形貌,提出了一种基于小波的奇异性检测和滤波的方法。首先应用小波变换检测奇异性信号对样品表面轮廓测量数据进行预处理以减弱奇异信号对表面参数评定的影响,然后采用小波滤波分解表面轮廓以获得粗糙度尺度轮廓,在此基础上对其三维典型参数进行计算。验算实例采用两类:在实测数据的基础上外加已知的奇异特征和典型带有奇异信号的实测数据。实验结果表明:第一类数据经过小波奇异性处理后与原始未加奇异特征的粗糙度轮廓参数非常接近,Sa,Sz,Sq,Ssk和Sku的相对变化分别为0.27%、0.78%、0.51%、0.04%和1.04%,第一类数据经过小波奇异性处理轮廓测量数据后与原始外加奇异特征的实测数据未经奇异性处理的小波滤波表面粗糙度参数Sa,Sz,Sq,Ssk和Sku的相对变化分别为1.14%、20.63%、1.95%、3.81%、8.86%;第二类实测数据小波奇异性处理前后的小波滤波表面粗糙度参数Sa,Sz,Sq,Ssk和Sku的相对变化分别为6.2％、27.47％、9.54％、131.62％、53.77％。实验结果表明,采用精度较高的小波滤波提取表面粗糙度轮廓之前通过奇异性算法抑制奇异特征,可得到更加合理的表面参数评定结果。

针对普通压缩算法和基于DSP或PC机的实现方法已不能满足高速和小体积图像压缩的要求,本文以硬件实现高速图像压缩为目的,提出一种基于5/3小波变换的低复杂度图像压缩算法。该算法首先采用3级二维小波变换去除图像相关冗余,并根据小波子带的变换增益对其进行最佳量化,然后对量化后的LL子带进行二维预测,最后针对小波系数概率分布的特点,采用自适应零游程编码联合指数哥伦布编码实现图像压缩。该方法在保证较高压缩质量的同时,具有低复杂度和硬件易实现的特点,通过FPGA最快可实现高达175 Mpixel/s的超高速图像压缩,为高速图像压缩器件的研制提供了算法基础。

考虑工业CT产品质量检测和逆向设计的需求,特别针对有规则边缘的CT图像,建立了CT图像边缘退化模型,并将该模型应用于CT图像尺寸测量技术以提高测量精度。首先根据CT图像边缘退化的数学描述,构建了图像边缘退化模型;然后通过原CT图像的灰度信息以及灰度曲线的拐点信息确定退化模型中的相关参数;最后,利用这个退化模型对原CT图像的边缘进行恢复,准确提取CT图像的边缘信息,从而完成CT图像的尺寸测量。实验结果显示,该方法对边缘阶跃性较差的CT图像进行尺寸测量得到的相对误差为2%,比常用的图像尺寸测量方法减小了1.5%。结果表明,该方法能够有效地提取CT图像边缘信息,且尺寸测量精度较高。

针对图像特征提取与匹配的适应性和准确性问题,将尺度不变特征变换算法(SIFT)应用到图像的特征点提取与匹配中。SIFT算法可在尺度空间寻找极值点,提取对图像尺度和旋转变化具有不变性,对光照变化和图像变形具有较强适应性的特征点及其特征描述。首先,采用SIFT算法提取图像的特征点及其描述,然后,采用基于置信度的匹配算法进行特征点的匹配,以找到图像间准确的匹配点对。最后,对不同光照条件、焦距、拍摄角度获取的图像进行特征点的提取及匹配。实验结果显示,本文算法对图像的光照、平移、旋转变换具有很好的适应性和准确性,能够提升匹配的自动化水平和准确度,准确率超过90％。结果表明,提出的算法可以进一步应用到图像识别,图像重建等领域。

为了适应印刷电路板(PCB)上IC类贴装器件检测的实时性要求,提出了一种基于边缘积分投影和颜色统计特征的检测算法。分析了不同贴装质量的IC类器件在三色(红、绿、蓝)结构光下的特征,用Sobel算子提取图像的水平和垂直边缘,并对边缘做积分投影,从而避免了设置边缘阈值的困难。在此基础上,利用最大邻域梯度法和滑动定位窗算法定位引脚的水平和垂直边界,并检测缺件、错件、偏移、歪斜等缺陷,最后,引入HSI(色度、饱和度和亮度)空间的颜色统计特征,完成对翘脚、极性错误的检测。实验结果表明:该算法可有效地检测IC类器件常见的贴装缺陷,整体准确率为97.9%,检测单个IC器件的时间约为30 ms,能够满足在线检测系统高准确率和实时性的要求。

为了克服现有的直方图均衡算法在图像细节信息增强的同时无法保持输入图像亮度的缺点,以部分重叠局部直方图均衡算法(POSHE)为基础,将递归分解的思想引入子块图像直方图均衡过程,提出了一种亮度保持的部分重叠局部直方图均衡算法。子块图像根据其累积概率密度(CDF)的中值,递归地进行不同深度的分解;然后,对每一个分解的子图像在其灰度范围内进行直方图均衡,并将均衡后的子图像合并;最后,根据移动步长对子块图像进行线性或双线性插值消除块效应对图像细节信息的影响。实验结果表明,这种改进的部分重叠局部直方图均衡算法的峰值信噪比(PSNR)比传统方法平均提高了0.063~6.633 dB。在实际应用中,该算法既能有效地增强图像的细节信息,又能保持输入图像的亮度,并且彻底地消除了块效应对图像均衡结果的影响,使均衡后的图像具有更加自然的视觉效果。

为获得具有自然日光色彩效果的融合图像,利用线性YCBCR空间和Reinhard统计颜色传递策略,提出了一种适于图像融合的颜色传递方法:YCBCR颜色传递方法。此方法不仅计算复杂度低,而且非常适合彩色图像融合,使得利用高对比度灰度融合图像替换彩色融合图像亮度分量,从而使增强彩色融合图像亮度对比度的操作变得简单易行。本文从数学上证明了YUV等符合通用YCBCR空间模型的颜色空间用于颜色传递所产生的重染色结果与用YCBCR空间得到的结果相同。实验结果表明,YCBCR颜色传递方法可以赋予彩色融合图像一种自然的日光色彩效果,其重染色彩色融合图像的能力好于Reinhard方法。

为了实现对红外云层背景下的弱小目标检测,提出了一种新的基于模糊分类的红外弱小目标检测方法。该方法直接从待分类图像中提取出不同的类别区域,使得分类模板准确地体现当前图像的不同类别,从而得到图像的准确类别以实现弱小目标检测。首先,对红外天空背景弱小目标图像进行分析,将图像中的3类物体:净空、云及弱小目标细分为11个类别区域;其次,定义了类别特征矢量并基于此提出了类别核的定义,然后,根据类别核的定义从待检测图像中提取出11类区域的类别核;最后,根据模糊分类理论,定义了类别相似系数和类别贴近度,通过类别核对图像进行分类和类别归并,保留弱小目标类别完成检测。实验结果表明,该方法可对信噪比大于1.0的天空背景红外弱小目标图像中不同类型的区域进行准确分类,实现了对低信噪比的复杂云层背景图像中的弱小目标检测。

针对复杂背景下视频目标跟踪的实时性和可靠性问题,提出了基于Rao-Blackwellized粒子滤波(RBPF)的颜色矩形特征和方向边缘信息融合的自适应跟踪算法。该算法采用Rao-Blackwellized粒子滤波提高滤波算法性能,采用积分图像快速计算颜色特征和方向边缘信息。根据跟踪实际情形,利用模糊逻辑自适应调节各特征权值,提高算法的跟踪速度和精度。视频跟踪仿真试验表明,该算法稳健、跟踪精度高,实时性好,能够在复杂背景下对可见光及红外等运动目标进行有效、可靠的跟踪。

为了解决计算机视觉中对应点的误匹配问题,提出了一种在能量最小化框架下利用自适应窗口的不连续保护立体匹配算法。该算法首先引入了融合亮度和梯度信息的非相似度,然后,根据窗口内的平均匹配误差、误差方差及较大窗口的偏向误差组成的窗口代价函数,选取每个视差对应的最佳窗口作为匹配基元,并利用扫描线优化方法及深度不连续约束法寻找水平方向上的最优路径;最后,通过回溯最佳路径获得最终的稠密视差图。实验结果表明,所提算法不仅能够保留自适应窗口匹配算法的优点,较好地处理大的低纹理区域和视差不连续区域,还可加强相邻匹配基元间的视差连续性,所提算法的计算量比原有算法缩短了约3/4。

考虑基于链码跟踪和霍夫变换的传统直线检测方法对噪声敏感且计算量大的缺点,提出了将改进的链码跟踪与分层霍夫变换相结合的方法来提取直线,成功实现了航拍图像中机场跑道的实时高精度检测。采用改进的链码跟踪剔除短的和弯曲的线段,减少霍夫变换处理的点数,同时确定直线的近似方向,缩小霍夫变换的角度搜索范围。对霍夫变换进行金字塔分层计算,减小计算量。在程序设计方面,为图像建立链表结构数组,固定内存空间大小,避免了动态分配内存方式生成链表产生的越界问题。该算法已经成功嵌入TMS320C6416硬件平台。实验结果表明,本算法比传统霍夫变换算法运算量减少了约29倍,与单纯的链码跟踪直线检测相比,能够克服图像的模糊、遮挡等干扰,成功实现了机场跑道的实时精确检测。

为了解决红外图像在低信噪比下的多个弱目标检测与跟踪问题,提出了基于Rao-Blackwellized粒子滤波器(RBPF)的多目标检测前跟踪算法。定义了红外图像多个弱目标的状态及观测模型;给出了红外弱目标的RBPF状态降维方法;将状态变量分解为线性变量与非线性变量并完成状态方程的改写,对状态变量分别进行Kalman滤波与基本粒子滤波的更新。最后,定义了红外弱目标出现与消失统计量,给出了带约束条件的RBPF多个弱目标检测前跟踪流程。对弱目标的不同信噪比实验表明,RBPF可以减小状态变量的的估计误差,提高检测概率。对单目标进行检测前跟踪,平均每帧耗时为0.3287 s,在相同的粒子数下,RBPF可以得到更高的滤波精度。对两个信噪比为6 dB的不同空间位置目标的实验表明,约束条件控制RBPF的跟踪范围,可以避免目标相互之间的干扰,平均能在2.74 frame检测到目标出现,在1.13 frame判决目标消失。提出的算法能对红外多个弱目标进行出现与消失判断,具有良好的跟踪性能。