本文介绍的工程项目在于研发一种激光技术来清除大面积海域和其他水面存在的油膜污染物。针对海面严重污染问题, 研究了基于喷气发动机的可移动气动CO2激光器(100~250 kW)的设计方案及其在清除水面污染时的工程实现。提出的技术方案意在有效弥补传统的海面油膜处理方法只可处理块状油层而无法消除100 μm厚油膜的弊病。文中介绍了可移动气动CO2激光器的设计机理, 研究了可执行该项工作的不同类型的激光器, 证明了选用可移动气动CO2激光器执行该项工作的合理性。考虑了激光器系统的供气方案, 选择了高质量的喷气发动机作气动CO2激光器的动力设备并设置了该设备工作时需要的容量。最后,描述了该激光系统气动液压设备的设计方案, 给出了相关设备、油箱、和操作控制单元的结构。目前, 作者已经完成了用于处理水面油膜的气动CO2激光器的概念设计, 并制备了相应的激光系统。另外, 研制了气动CO2激光器系统的工作平台,通过用激光束扫描石油膜覆盖的水面, 实验验证了利用该系统收集油膜和令油膜有效燃烧的可行性。

提出了一种基于数字散斑相关法和双目立体视觉技术的全场三维变形测量方法,实现了对爆炸焊接制备的铜/铝复层材料的变形测量。研究了该方法所涉及的数字散斑相关算法、三维坐标、位移和应变计算等关键技术,借助于VC++6.0开发环境, 研制并开发了用于铜/铝复层板全场变形测量的试验系统及其软件。为了验证本文所述测量方法的可行性, 进行了精度验证实验和铜/铝复层板单向拉伸试验, 且对复层板拉伸试验结果与有限元软件Abaqus数值模拟结果进行了对比分析。结果表明：本文方法的应变测量精度优于0.5%, 与引伸计测得的结果基本相当; 测得的应变极值分布与有限元模拟结果很吻合; 在板料发生颈缩前, 塑性应力-应变模拟曲线与试验结果很吻合; 整个变形过程中位移-载荷模拟曲线的变化趋势与试验结果一致, 模拟得到的极限载荷的相对误差为0.06%~2.25%。实验结果说明, 数字散斑方法是一种精确获得复层板料全场应变的有效手段。

针对空间对接时某些载荷表面喷涂的涂层受原子氧剥蚀的影响发生反射率退化,从而改变涂层成像特性的问题, 本文利用反射率退化一般规律数学模型计算出了在空间经常使用的SR107-ZK白漆两年衰减后的反射率理论值, 并根据此理论值为光学系统选择了适当的CCD。按照地球低轨(LEO)飞行两年的太空环境条件, 对SR107-ZK白漆试块进行了单一原子氧辐射试验。结果显示, 1.8×1022 atom/cm2原子氧通量辐射后的试验数据为0.814, 与数学模型模拟计算的数值0.793较为接近, 说明了数学模型理论的正确性。对辐射后的试块进行了成像试验, 结果表明CCD的合理选择是光学系统对反射率下降试块良好成像的关键, 进一步证实了数学模型的可靠性, 为今后此类工作提供了重要的依据。

利用对数螺线晶体在大视场范围内的保角特性, 研究了一种用于等离子体X射线单色成像的透射式对数螺线晶体分析器。与反射式弯晶成像谱仪相比, 该分析器具有单能成像视场更大, 实现相同放大倍数时的空间排布简单等优点。根据晶体衍射成像原理及对数螺线晶体的表面方程, 分析了透射式对数螺线晶体分析器的成像原理以及成像性能, 包括子午、弧矢放大倍数以及视场大小等。以铜靶X射线源为背光源, 用研制石英晶体透射对数螺线分析器对网丝直径为100 μm的金属网格进行了单色背光成像实验。实验结果表明, 晶体分析器的空间分辨力约为30 μm, 子午和弧矢方向视场分别达到15.938 7 mm和5.900 6 mm。

为了选择合适的低温红外目标模拟光学系统, 针对国内现有离轴三反射光学系统多存有弧矢视场较大, 子午视场很小的问题, 本文基于光学系统对称性法则, 设计了子午和弧矢都为5°, 波长为3~5 μm的矩形双向大视场离轴三反系统, 其焦距为400 mm, F#为8。利用光学系统结构参数和反射镜的非球面系数, 调整三镜的偏心及倾斜来消除畸变及其它像差, 系统光学传递函数在6.5 lp/mm时优于0.71, 全视场均方根波像差达到λ/250, 均方根最大弥散斑半径不超过7.0 μm, 达到衍射极限。另外, 系统在各个谱段全视场范围内的最大畸变量小于0.04%。设计的系统可用于红外及可见波段,成像质量均良好。

利用光子晶体的自准直效应进行光束的控制, 实现了基于自准直效应的二维光子晶体1×4光复用器(OMUX)。在结构中放置两个腔长不同的马赫-曾德干涉仪, 利用光束干涉原理推导出光复用器各个出口的透射谱理论公式, 然后利用时域有限差分软件对其进行数值模拟。结果显示：模拟结果与理论分析一致, 实现了1×4光复用器的功能。当工作波长为1 550 nm时, OMUX的自由光谱区为34.1 nm, 覆盖了整个光通信C波段。由于结构大小只有40~35 μm, 并且有较高的输出功率, 该光复用器在光集成电路中有潜在的应用价值。

设计了研究纳米尺度磁微粒簇运动的双扫描干涉激光散斑实验。采用干涉条纹作为散斑运动的标度测量了磁流体中磁微粒的运动, 避免了用传统数字散斑相干方法计算量大、精度依赖亚像素搜索算法的缺点; 利用位相延迟扫描补偿横向扫描附加位相带来的干涉条纹变动, 提高了动态散斑测量的空间分辨能力。对尺度为30~100 nm的磁微粒簇运动进行了实验分析, 结果表明, 受磁流体磁场变化的非线性、微粒间的碰撞和聚集等复杂因素的影响, 磁微粒簇是以湍流,非匀速方式运动的,其运动的平均速度为6.93 mm/s。另外, 该方法可通过改变条纹间距方便地调节精度以满足不同的测量要求。

介绍了渐进多焦点眼用镜片的渐变通道和视近区位置的个性化设计方法。推导出与眼用镜片佩戴者瞳距, 镜片到眼球旋转中心的距离, 镜片球光度分布以及与镜片的棱镜效应相关的镜片矢高偏移公式, 并将该公式引入渐进多焦点眼用镜片设计中。在给出的设计实例中, 镜片视远区中心点偏移了0.5 mm, 视近区中心点偏移了3 mm。与对称设计相比, 偏移后视远区和阅读区的屈光度变化在0.03 m-1以内。视远区散光度分布没有因为镜片通道和视近区的位置偏移而改变, 保持了视远区屈光度和散光度分布的对称性。该个性化设计方法使老视眼患者在视近物时, 视线自然地通过渐进多焦点眼用镜片的渐变通道或视近区, 且该处的屈光度也与视物所需屈光度相符, 提高了渐进多焦点眼用镜片佩戴者的佩戴舒适度和适应这种镜片的能力。

设计并架构了CO2探测仪的光学系统。通过对比国外典型大气温室气体探测仪采用的光学系统, 总结了光栅与傅里叶变换两种分光方法的优缺点, 确定设计的CO2探测仪采用大面积光栅色散光谱仪系统, 该光学系统包括前置光学系统和三通道光栅光谱仪系统两部分。前置光学系统由无焦双离轴抛物面系统、2个分束器和3个聚焦透镜组组成, 采用了多种消杂光措施, 有效抑制了杂散光。光栅光谱仪的3个通道采用相同的结构, 工作在相同的偏离角下; 根据光栅方程推导了固定偏离角下光栅参数的计算方程, 确定了3个通道的光栅参数; 透镜采用低膨胀熔石英材料; 大面积光栅工作在大入射角、大衍射角状态, 工作波段内的光栅衍射效率可达90%以上。对光学系统的分析测试显示：通过在光谱仪系统放置0级光陷阱等消杂光措施, 可将杂散光控制在10-5以下, 空间方向的MTF大于0.9, 光谱分辨率达到0.035 nm(@760 nm), 实现了20点同步观测。由于相对孔径较大(F1.8), 提高了集光能力。结果表明, 设计的光学系统满足温室气体探测的技术指标要求。

建立了圆柱旋转激光散斑功率谱的理论模型以实现粗糙目标光学无损测量的方法。首先, 根据粗糙面激光散射特征, 研究了平行光束照射匀速旋转的圆柱表面时其反射空间形成的动态散斑特性, 给出了接收场散斑强度起伏互相关函数及其功率谱密度函数的理论模型, 以及动态散斑场的相干长度和接收信号带宽。接着, 分析了旋转引起的散斑平移和散斑沸腾对接收信号带宽的影响。最后, 测量了旋转圆柱准镜向及漫射部分的散斑图像。结果显示：当0.633 μm入射光波照射半径为1 mm的圆柱时, 频率为10 Hz的旋转圆柱自相关函数的相关时间约为4 ms, 而20 Hz的旋转圆柱自相关函数对应的相关时间为2 ms左右。结果表明, 在动态散斑场中, 多普勒效应和散斑平移效应引起的带宽约为同一个量级, 而散斑沸腾效应可以忽略。

基于数学模糊综合评判法建立了一种发光二极管(LED)灯具可靠性评价的模型。首先, 从LED光源、散热系统、使用环境3个方面对影响LED灯具可靠性的因素进行了分析, 建立了评价LED灯具寿命的因素集、评判集; 然后, 采用德尔菲调查法得到了各因素相应的权重系数; 最后, 通过选择合适的模糊算子建立了灯具可靠性评价模型。利用所建立的模型对一款LED路灯的可靠性进行了评价, 结果表明：所建立的数学模型可以快速、有效地评价LED灯具系统的可靠性。利用所建立的模型, 不仅可以节省寿命试验成本, 还可为早期失效产品的筛选及产品质量管理提供依据。

针对卫星光学系统在轨工作时机上相机和星敏感器受温度影响其相互间夹角会出现变化而影响相机指向精度的问题, 利用数字摄影测量方法在试验室常温常压环境下对结构件进行了热变形测量试验。通过拍摄组合体结构件上相机和星敏器的特定表面标志点, 计算了坐标值, 拟合了光轴矢量。以相机之一为基准计算法线矢量差和不同工况下矢量差的变化, 即夹角在各工况下的变形量。试验按照试件温度状态分为4个工况、20个子工况。测量结果显示最大变形量为227.9″, 测量精度优于13.9″; 与有限元分析比对, 两者在各子工况的变化趋势一致, 均方值为30.4″。得到的结果表明, 通过用合理选择拍摄位置、剔除粗大误差以及将编码标志点作为公共点进行坐标系转换等方法, 可以提高数字摄影测量系统的测量精度, 满足卫星结构件热变形测量的需求。

为了提高极紫外(EUV)光子计数成像仪的分辨率, 分析了EUV成像仪系统WSZ阳极(Wedge Strip Zigzag anode)不同条带间的极间串扰以及非目标能量区间内信号触发产生的伪信号对图像质量的影响。讨论了串扰产生的原因, 通过测量极间电容, 找到了串扰系数所在的范围, 并最终确定最优值; 使用该系数对不同能量范围内的光子进行处理, 确定了合适的能量区间(上下限)。在设定的能量区间重新成像并与原图像进行对比,结果显示图像质量有了明显提高。通过消除极间串扰和剔除混杂在图像数据中的伪数据, 使图像的边缘特性更强, 提高了图像分辨率。

由于目标的红外辐射在大气中传输时其不同波长的辐射强度比值会随着传输距离的改变而发生变化, 故波长的辐射强度比包含了目标的距离信息。基于上述原理,本文研究了利用比色方法依据空中目标的红外辐射对其进行测距的方法。推导了目标辐射强度色比与目标温度、辐射传输距离、大气消光系数之间的关系。在大气消光系数相对固定时, 通过测量不同波长的辐射强度比值对目标进行了测距, 推导出了红外三色比距离方程。根据大气辐射传输衰减计算模型, 选择8.5、9.0、9.5 μm 3个波长作为色比波长, 2 km处300 K黑体作为被测目标, 画出了色比测距图。分析显示,图上作业得到的目标距离和温度与实际目标的距离和温度基本相符。另外,利用本方法通过一次测量即可获得目标的距离和温度。

为了实现3-RRR柔顺并联精密定位平台的精确运动, 研究了它的封闭形式精确运动模型和尺寸优化设计。采用卡氏第二定理建立精密定位平台的封闭式柔度模型。根据柔顺并联机构的结构特点, 将其划分为3个对称分布的运动支链, 并结合铰链的柔度模型和机构力传递关系分别推导出各个支链的刚度模型, 整个系统的刚度为所有支链在同一坐标系下的刚度的叠加。建立的刚度模型是以柔性铰链的柔度为变量的封闭形式模型。根据柔度矩阵可得到反映输入位移和输出位移之间关系的雅可比矩阵。理论模型与有限元分析的比较结果显示, 两者所得的运动模型误差为1.0%～9.5%, 证明了所推导运动模型的正确性和精确性。根据雅可比矩阵的封闭公式, 分析其对结构参数的灵敏度, 并由此选出对平台运动特性影响较大的优化设计变量。提出以最大化平台工作空间为目标, 以铰链强度、最大输入力、几何尺寸和输入耦合为约束的优化模型。结果表明, 优化后的结构参数能获得更大的输出位移, 说明该方案能满足优化设计要求。

提出了一种电解水式驻留微气泡减阻的柔性微机电系统(MEMS)蒙皮技术, 研究了蒙皮结构设计以及加工工艺。设计了一种包含柔性基底层、金属电极图案层和微凹坑阵列层的三层式蒙皮结构, 提出了两种基于MEMS工艺的制作方法。分别采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和SU-8胶材料制作了微凹坑阵列层, 并对其关键工序进行了实验研究。以SU-8胶为微凹坑阵列材料制作了柔性MEMS蒙皮样件。所制样件中, 圆柱形驻气凹坑的直径为40 μm、深度为50 μm、密度为6.25×104/cm2、样件总厚度为90 μm, 可弯曲并贴附于截面直径为28 mm的圆柱体表面而不损坏。结果显示了MEMS减阻蒙皮工艺的可行性, 证明将电解水式驻留微气泡的柔性减阻蒙皮设计与MEMS工艺有机结合, 是一种航行体表面减阻的有效技术途径。

针对已开发的精密直线气浮工作台, 设计了腹底式被动结构的阻尼器以解决静压气浮导轨传动阻尼小, 抗干扰能力差等问题。设计的阻尼器由固定于气浮滑套下端面的阻尼片以及处于阻尼片正下方的阻尼油槽和阻尼油组成。通过实验获取了阻尼器的阻尼系数, 继而建立了气浮工作台机电控制模型。仿真分析了阻尼器对工作台气浮噪声和动态特性的影响规律：随着阻尼的增大, 气浮工作台的稳定裕度和衰减噪声的能力增加, 但动态响应速度降低。实验表明, 实验结果与所推导的气浮工作台特性一致, 且增加阻尼系数为293.78 N/m·s-1的阻尼器后, 气浮工作台的定位噪声由60 nm(峰峰值)降为20 nm(峰峰值), 位移灵敏度为20 nm, 实验验证了采用此种结构的阻尼器可有效抑制精密气浮工作台定位噪声。

针对死区效应会导致永磁同步直线电机相电流失真、推力波动, 从而限制其在精密气浮工作台等高精度、低频轻载场合应用的问题, 提出了一种根据相电流极性改变驱动器输入信号脉冲宽度来补偿死区效应的方法, 双刷新补偿法(DUDTC )。首先, 分析了死区效应引起的驱动器输出信号脉冲宽度变化, 给出了脉宽调制(PWM)信号上升沿和下降沿的补偿与相电流极性间的关系; 然后, 在Matlab/Simulink中对死区效应的影响和双刷新补偿法的作用进行仿真; 最后, 在直线气浮工作台系统中实现了双刷新补偿法。实验显示, 该方法相位延迟仅0.5个伺服周期, 在电机速度开环和闭环下均使相电流畸变减小, 波形正弦化。结果表明, 双刷新补偿法能有效改善直线电机电流环性能, 且代码量少、移植性好, 适用于各类数字开关驱动系统。

提出将粒子群优化算法与拟随机序列法相结合对基于CAD模型引导测量的自由曲面进行高精度检测和轮廓度误差评定的方法。为解决用三坐标测量仪检测自由曲面时存在的设计坐标系与测量坐标系不重合问题, 提出用拟粒子群优化算法来实现被测曲面与设计曲面精确定位; 针对自由曲面特点, 采用轮廓峰谷误差和轮廓均方根误差综合评定自由曲面的形状误差。最后, 阐述了用拟粒子群优化算法实现曲面匹配时目标函数值的计算方法, 确立了用拟粒子群优化算法优化求解参数向量的具体步骤。对仿真实例和大量实测零件自由曲面轮廓度误差的计算表明：采用本文方法能够实现自由曲面精确定位, 其轮廓度误差评定精度比由三坐标测量仪内置软件计算的结果高8%～15%, 适用于对高精度自由曲面零件形状误差的评定。

针对用电活性聚合物(EAP)薄膜制造柔性智能器件提出的理论模型和性能要求, 采用一种铁电高分子聚合物薄膜制作了柔性结构器件, 建立了它的动力学方程、振动行为模型及其机电性能描述。研究了预张力-抗弯刚度、驱动电压、器件几何参数对柔性薄膜器件性能的影响。提出了柔性薄膜器件在预张力和抗弯刚度共同作用下的振动行为模型及其特征化描述, 用数值模拟和有限元仿真研究了杨氏模量及预张力-刚度比对柔性薄膜结构振动行为的影响, 基于有限元模型与激光多普勒技术模拟和实测了EAP薄膜柔性结构的模态振型。此外, 基于压电激励-激光拾振方法研究了驱动电压及器件几何尺寸对EAP薄膜柔性结构动态响应特性的影响。实验结果验证了激光多普勒技术用于EAP薄膜智能器件测试的有效性, 揭示了EAP薄膜柔性结构器件的工作机理及动态性能, 1 V驱动电压可产生精密位移21.6 nm。本文为研究EAP薄膜器件提供了理论基础和实验依据。

由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压, 本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程, 对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的条件下, 测试了非线性压电式能量采集器的开路输出电压, 结果表明, 当激振台加速度为20 m/s2时,该非线性压电式能量采集器的最大输出电压从线性系统输出时的131 V提高到208 V, 最大输出功率为43.264 mW, 主共振频率变化范围达到18 Hz。该Duffing模型的结构可以在小范围内改变非线性压电式能量采集器的共振频率, 同时提高其输出电压。

为了获得与微米级零件尺寸相匹配的pL级胶滴, 分析了注射式、喷射式和转移式3种常用的微小液滴生成机制。基于注射式原理设计了一种时间压力型pL级点胶方案, 通过视觉在线检测胶斑直径, 控制点胶针尖内径、作用压力和时间, 得到pL级胶斑。实验研究了针尖内径、压力、时间对胶斑直径的影响, 并将此方法应用于激光惯性约束核聚变实验中冷冻靶装配时靶丸零件与充气管零件之间的微胶接。实验结果表明：胶斑直径与点胶针尖内径、压力和时间三者成正比例关系, 当使用端部1.2 μm内径的点胶针, 设置压力为0 psi(1 psi≈6.895 kPa), 时间为8~10 s时, 可以满足胶斑体积小于3 pL, 直径小于40 μm的指标要求。该方法可实现微米级零件微胶接时的pL级点胶, 而且工艺简单, 易于实现。

脉冲耦合神经网络(PCNN)提取的特征序列的旋转不变性降低了道路交通标志类内匹配识别的准确性, 为了提取更有利于形状分类的特征向量, 本文利用PCNN的自动波扩散特性, 简化了PCNN模型。采用简化PCNN模型产生的类Euclidean距离图像作为分类特征, 利用最小方差值进行匹配分析, 并通过实验选取了最佳PCNN参数。针对道路交通标志图像库GB5768-1999的实验结果表明, 采用获得的类Euclidean距离图像作为特征向量进行分类匹配, 在选定边缘图像的迭代次数N为16, 反馈输入固有电势VF为0.65, 动态门限固有电势VT为100, 卷积核矩阵为5×5时, 最小方差值均出现在对应的标准图像位置。结果表明, 简化PCNN的类Euclidean距离变换能够有效提取二值边缘图像的形状信息。 该方法优于传统PCNN熵序列的特征向量方法, 类内区分效果更加明显。

针对一阶总变分盲复原块效应严重的问题, 提出了一种自适应阈值的超变分正则化图像盲复原方法来恢复点扩散函数未知的退化图像。对总变分形式进行了分析, 提出了超变分正则项, 并给出了代价函数的数学模型。用估计的图像噪声确定模型中阈值的大小, 然后引进3个辅助变量等价转化代价函数, 以便简化后续计算并提高复原效果。最后, 利用半二次规整化对模型迭代求解。实验结果表明, 复原后图像细节增加且块效应减少, 相对于目前已有的方法, 信噪比提高了近1 dB。恢复效果表明该方法具有较大的实用价值。

研究了基于主成分分析(PCA)的唇部轮廓建模方法。首先, 对5 000个样本唇部轮廓进行标定并对标定的坐标数据进行Procrustes分析, 使数据归一化。然后, 通过PCA算法寻找形变模式, 在保持形变范围内最大限度地降低数据维数并利用所得到的均值和特征向量构建唇部轮廓模型。最后, 利用PCA得到的前16种模式所建立的模型对5 000个样本原始的唇部轮廓进行重构。实验结果显示：PCA得到的前4种模式分别描述了唇部角度、下唇、尺度以及唇角等的形变信息, 其余模式描述了唇部更细致的形变, 模型重构的唇部轮廓与相应样本原始唇部轮廓的每个特征点之间平均差异均不大于0.6个像素宽。结果表明所建唇部模型能满足特征定位精度要求。

为了优化加权多分辨率图像融合的算法结构, 在Piella像素级多分辨率图像融合框架基础上, 提出一种只用匹配测度控制决策模块的加权多分辨率图像融合扩展模式, 改变了传统加权多分辨率图像融合模式必须由活性测度和匹配测度共同决定决策因子的格局。相对于传统模式, 提出的扩展模式去除了活性测度, 相应的算法结构更为简单。以相关信号强度比作为匹配测度, 给出了一种基于扩展模式的加权多分辨率图像融合算法。对红外和可见光图像的融合实验表明, 该算法融合性能优于传统加权多分辨率图像融合算法, 其边缘融合质量指标(EFQI)和加权融合质量指标(WFQI)分别提高了2.9%和1.8%; 而且计算复杂度更低, 计算决策因子所需的乘法和加法运算次数分别减少了66.7%和33.3%。

提出了一种基于图像技术实现白细胞分类的方法。首先, 利用彩色图像的信息转换、距离变换和梯度矢量流活动轮廓 (GVF Snake)等方法从血液细胞图像中提取出白细胞; 然后, 利用细胞核在图像中具有较高颜色饱和度的特点, 结合数学形态学和GVF Snake方法从白细胞中精确地提取出细胞核。最后, 根据细胞的形态、颜色及纹理特征用支持向量机 (SVM) 对白细胞进行分类。实验结果表明：在上述图像分割的基础上, 基于支持向量机分类器的方法对白细胞进行分类, 分类准确度能够达到89.6%。与其他传统的分割和分类的方法相比, 本文提出的方法具有一定的优越性。

考虑空间相机观测场景的动态范围很大, 本文提出了采用双排时间延迟积分(TDI) CCD来提高相机动态范围的方案。对两排TDI CCD分别设置不同的积分级数。得到的积分级数高的CCD图像虽然可能存在饱和区域, 但暗区域极易分辨; 积分级数低的CCD图像虽然不利于暗区域的分辨, 但可以较好地观测亮区域的层次。最后, 根据积分级数的差别对两排CCD的图像数据进行合成来获得大动态范围图像。结果显示, 该方案有效地提高了相机的动态范围, 当积分级数分别设置为8和48时, 动态范围可以提高15.56 dB。

提出了自适应总体最小二乘算法, 以进一步提高单摄像机视觉测量系统光学特征点的姿态解算精度, 研究并对比了常用的总体最小二乘算法及自适应总体最小二乘算法在测量系统中的应用。首先, 根据空间几何位置关系构建光学特征点、像点及摄像机位置的系统坐标系及三维空间模型, 并建立关于光学特征点及像点的矩阵方程。然后, 应用常用的总体最小二乘法及自适应总体最小二乘法进行优化求解。最后, 基于优化的总体最小二乘解确定光学特征点相对世界坐标系的姿态。应用三坐标测量机进行仿真对比实验, 结果表明：常用的总体最小二乘算法得出的姿态坐标的标准差为0.055 7 mm, 自适应总体最小二乘算法得出的姿态坐标的标准差为0.041 4 mm。相比之下, 自适应总体最小二乘算法有更高的收敛速度及收敛精度, 且解算速度优于常用总体最小二乘算法, 满足单目视觉测量系统的稳定、可靠和精度高等要求。

针对传统目标匹配算法难以实现部分遮挡目标精确匹配的问题, 本文基于轮廓特征的描述和评价提出了一种有效的部分遮挡目标匹配算法。首先, 利用曲率划分目标轮廓得到描述局部特征的轮廓分段, 并根据目标的骨架对轮廓分段进行合并和分类, 实现了目标特征的多层次描述。然后, 提出了评价轮廓分段的两个参数：重要性和局部性。前者用于评价轮廓分段所描述目标特征的重要性, 后者用于评价轮廓分段相对目标整体轮廓的比例。最后, 将两个评价参数与轮廓分段之间的相似度联合起来,得到衡量目标相似程度的加权部分相似度,从而获得部分遮挡目标的最佳匹配结果。与现有遮挡目标匹配算法相比, 在不同遮挡情况下本文算法的平均识别率提高了1.5%左右。

基于线阵时间延迟积分(TDI)CCD推扫成像原理, 分析了敏捷卫星在三轴姿态机动过程中动态成像的像移问题。由于姿态对地指向不断改变会导致像面空间方位不断改变, 从而造成像移速度的改变, 本文通过坐标变换法推导出了动态成像方式下的像移速度数学解析表达式, 仿真得到了不同姿态机动角速度情况下的TDICCD积分时间数量级。数值仿真分析表明：当前50 μs级的航天相机在700 km的轨道高度可以实现以0.5(°)/s角速度上限进行动态推扫成像; 当姿态机动角速度大于0.5(°)/s时 , 曝光时间越来越短, 需要设计更高水平的相机。以上结论表明, 对于不同角速度的动态成像任务, 需要量化TDICCD积分时间数量级, 实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷来完成推扫成像的动态成像。

提出了机器视觉多视场协同测量方法以实现二维几何特征的现场高精度自动测量。介绍了该方法的基本原理, 研究了实现多视场协同测量的关键技术。首先, 建立测量空间, 在大视场图像上识别被测特征并规划测量路径, 建立大视场图像坐标与测量空间坐标之间的映射关系; 根据测量路径, 在测量空间中完成小视场序列图像的自动采集。然后, 建立大视场图像坐标与小视场图像坐标之间以及相邻小视场图像坐标之间的映射关系, 据此关系, 在小视场图像的相应位置搜索并构建精细的辅助测量特征。最后, 根据小视场序列图像在测量空间中的方位, 求解各局部被测特征参数并进一步求和得到整体被测特征参数。应用该方法对φ150 mm圆盘上分布的100 mm孔距进行测量实验, 结果表明, 相对误差的绝对值不超过0.03%。该方法测量精度不受机械坐标精度的影响, 适用于在工业现场组建高精度自动测量系统。