针对新疆奇台110 m射电望远镜主动反射面控制技术的要求, 设计和研制了一种新型的位移促动器和位移控制系统, 并采用双频激光干涉仪对多个位移促动器及其控制系统进行了全面检测。位移促动器采用了基于涡轮蜗杆加滚珠丝杆的高精度结构设计方案, 控制器系统采用了ARM微处理器。最后选择S曲线加速控制方法, 设计了主动反射面控制系统硬件平台和软件算法。基于双频激光干涉仪和光学隔振平台在恒温超洁净条件下进行了系列测试。结果表明: 系统实现了行程范围为30 mm, 控制精度为5 μm RMS的快速精密控制; 在额定负载300 kg, 步长2 mm, 行程30 mm范围内, 实测结果平均值与理论值偏差为0.04%, 标准偏差为3.67 μm。最后, 采用测量精度为0.25 μm的激光传感器对4块四点支撑的四边形子面板进行了验证检测。结果显示: 经多次迭代后主动反射面控制闭环系统的控制精度小于5 μm RMS, 远远优于3 mm波段射电望远镜主动反射面控制的技术要求。

基于单颗天基卫星的光学监测数据在轨道改进时的可观测性差, 迭代难以收敛, 甚至法方程病态, 造成大批量空间目标编目定轨失败。本文分析了仅利用单星光学监测确定空间目标轨道的特点和难点, 针对基于天基监测的定轨亏秩问题和单星光学监测定轨的可观测度进行了研究。基于先验轨道信息建立了虚拟测距模型, 提出了一种利用虚拟测距和天基测角数据联合的轨道改进方法, 提高了利用单颗天基卫星的光学监测数据定轨系统的可观测性。采用我国首颗天基监测试验卫星2015年某40天内监测到的400多个目标的实测数据进行验证, 添加虚拟测距后, 定轨成功率由原来小于10%提高到90%以上, 同时提高了轨道确定精度。

为了修正和提高计量线覆盖的5～140 nm波段光学元件性能的定标和测量精度, 根据国家同步辐射实验室光谱辐射标准和计量光束线的高次谐波分布设计了高次谐波的抑制方案。利用3 500, 840 l/mm金膜自支撑透射光栅和光电二极管探测器研究了计量线在5～140 nm波段高次谐波的分布情况, 并据此提出了利用Si、Al、Al/Mg/Al滤片以及LiF窗、MgF2窗在不同波段对高次谐波进行抑制的方法。实验结果显示: 在5～15 nm波段, 无滤片情况下高次谐波含量极低; 在15～40 nm波段, 通过在相应波段添加适当滤片的方式, 经探测器量子效率修正后的高次谐波比例可抑制在18％以下; 在105～140 nm、115～140 nm波段, 运用LiF窗、MgF2窗滤波可使高次谐波比例基本为零。由此表明, 使用滤波片对全波段抑制谐波的方案是有效的。

为了消除RB-SiC反射镜直接抛光后表面存在的微观缺陷, 降低抛光后表面的粗糙度, 提高表面质量,针对大口径SiC的特性, 选择Si作为改性材料, 利用磁控溅射技术对2 m量级RB-SiC基底进行了表面改性。在自主研发的Φ3.2 m的磁控溅射镀膜机上进行基底镀膜, 利用计算机控制光学成型法对SiC基底进行了抛光改性。实验结果表明, 改性层厚度达到15 μm; 在直径2.04 m范围内, 膜层厚度均匀性优于±2.5%; 表面粗糙度由直接抛光的5.64 nm(RMS)降低到078 nm。由此说明磁控溅射技术能够用于大口径RB-SiC基底的表面改性, 并且改性后大口径RB-SiC的性能可以满足高质量光学系统的要求。

鉴于自由曲面模型的面形拟合精度在自由曲面表征以及面形初始结构选取等研究中的重要性, 本文针对基于面形斜率的高斯径向基表征模型, 研究了不同的采样点分布类型对该模型面形拟合精度的影响。采用不同采样点分布拟合离轴二次曲面和带凸起的抛物面, 结果表明采用均匀随机分布的采样点有利于实现高精度的面形拟合, 且达到一定的拟合精度后, 采样点的数目对拟合精度的影响有限。以离轴三反系统为设计实例, 对比了由不同采样方式生成初始面形后系统的像质优化结果。结果显示, 采用均匀随机型采样方式得到的初始面形进行系统优化, 最终全视场平均调制传递函数(MTF)可以达到0.72以上,远高于由边缘集中采样方式生成初始面形后系统像质的优化结果, 从而印证了理论研究结果。

研究了在实际应用中4f传像系统分辨率的影响因素及其作用机制, 用于指导系统的设计和装调。首先, 在理论上分析了由装调误差引起的像差对系统光学传递函数(MTF)产生的影响, 并建立了描述二者关系的数学模型。基于该模型研究了1 μm分辨率4f光学系统的装调误差, 仿真计算了系统含有透镜偏心、倾斜、位移误差对MTF的影响, 得到了分辨率随误差的变化曲线。实验结果表明, 倾斜在15″以内, 偏心误差在0.02 mm, 位移在0.01 mm范围内, 装调误差均会导致分辨率下降, 虽然倾斜在极小范围内微调时分辨率会提高, 但总的变化趋势不变。绘制的装调误差与分辨率的关系图, 可为高分辨率4f系统的误差预估提供参考。

为了精确、快速提取激光条中心, 使其提取结果更适用于工业现场特征尺寸的双目视觉测量, 提出了一种等匹配点的激光条中心提取方法。利用灰度重心法粗提取出激光条中心点, 计算灰度梯度方向, 确定光条边界。接着, 根据左右图像中激光条的粗提取结果确定基准光条, 对另一幅图像中的对应光条进行插值。然后结合灰度梯度方向与插值结果对激光条进行重提取, 得到等匹配点的亚像素中心坐标。最后, 利用激光条中心点提取结果重建陶瓷平板、金属板表面及加工现场锻件表面的特征信息。实验结果表明, 本文方法提取陶瓷板与金属板的激光条中心点的匹配率分别为99887%与98.276%, 宽度重建的相对误差分别为0.638%与0.488%, 激光条中心提取结果能有效重建锻件表面的特征信息, 满足工业现场对测量的精度、速度和鲁棒性要求。

改进了用于标定线阵摄像机的传统精密测角算法, 标定用于面阵摄像机的参数。该算法利用两束平行光之间的夹角和投影在摄像机上图像点之间的对应关系, 在给定一个预测摄像机主点的基础上计算它和实际主点之间的偏差以及摄像机焦距。分析了图像特征提取误差对于平行光夹角测量精度的影响, 并给出一种基于平行光夹角误差最小的最优估计, 从而进一步提高摄像机内部参数的标定精度。通过仿真实验分析了图像特征提取精度和平行光夹角测量精度对摄像机参数标定精度的影响。结果显示, 当图像特征提取精度为0.1 pixel, 二维转台精度为0.5″时, 主点标定精度可以达到0.56 pixel, 焦距标定精度可以达到0.06 mm。利用精度为0.5″的二维转台对摄像机参数进行了实际标定, 通过分析像点和标定结果所计算的平行光夹角和实际测量的平行光夹角的误差, 可知本文算法的误差是经典精密测角法的686%, 由此证明该算法对于面阵摄像机参数标定具有更好的结果。

建立了满足激光辐照人眼安全要求的便携式生物气溶胶短程遥测系统, 用于实现有人员活动区域生物战剂气溶胶的实时预警监测。以高频调制的405 nm半导体激光器为激发光源, 200 mm口径的卡塞格林望远系统为信号光收集系统, 搭建了基于伪随机调制的便携型生物气溶胶激光雷达短程遥测系统。该系统具备平行偏振散射、垂直偏振散射光探测, 以及450 nm和530 nm两个波段荧光探测等四个同步探测通道。以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和酵母菌为样本对该激光雷达系统进行了初步测试。外场试验表明, 该生物气溶胶遥测系统的空间分辨率为1.5 m, 荧光通道的探测距离为100 m; 3种被测生物气溶胶种类识别的回代误报率分别为9%、11.5%和14.5%, 交叉误报率为11.3%。该遥测系统的激光能量低于激光辐照人眼安全标准的要求, 基本实现了生物气溶胶的甄别。

为了提高点源透过率(PST)测试系统的杂散光测试能力及测试精度, 提出并设计了一种标准镜头, 用于在大离轴角范围内对系统的杂散光测试范围及测试精度进行标定。利用简单的物理模型设计了一种在实验室内对点源透过率测试系统杂散光测试精度定标的标准镜头; 测量了标准镜头的表面物理参数, 并将其带入TracePro软件计算出了不同离轴角对应的PST。对设计分析的PST值与实测的PST值进行比较, 从而计算得到了该测试系统的测量精度。验证实验表明, 该标准镜头的PST分析值与实测值之差优于lg/0.5, 满足实验室内对点源透过率测试系统杂散光测量精度进行标定的要求, 是PST绝对测量的可靠方法。该项技术为国内PST测试系统的精度校准问题提供了技术保障。

本文通过在锯切用超薄切割砂轮的径向上辅加超声振动的方法, 对两种不同物理特性的光学玻璃进行锯切加工实验, 探索了径向超声振动对光学玻璃锯切过程的影响。理论分析了超声振动锯切过程中的锯切力和锯切比能, 给出了单颗磨粒在普通锯切与超声振动锯切时的切削路径。采用有无超声振动辅助锯切两种方式对K9玻璃和石英玻璃进行锯切实验, 分析了超声振动对光学玻璃锯切力和锯切比能的影响。结果表明, 相比于普通锯切方式, 除了受到加工参数的影响外, 超声振动辅助加工时K9玻璃和石英玻璃的锯切力减少幅度分别在30%~50%和50%~65%, 锯切比能分别减少了30%~45%和50%~60%。径向超声振动辅助锯切使材料产生微破碎, 具有减小锯切力和比能的作用, 因此有利于提高光学玻璃材料锯切效率和改善加工质量。

基于阿伦尼乌斯原理和分子振动理论, 分析了软性抛光粒子、石英玻璃和抛光垫之间的弹性与超弹性接触, 研究了用软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理。基于理论研究进行了大量的抛光试验, 建立了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率模型。理论计算与试验结果表明: 在石英玻璃化学机械抛光中, 材料的去除主要由抛光粒子与石英玻璃的界面摩擦化学腐蚀作用来实现; 单个抛光粒子压入石英玻璃的深度约为0.05 nm, 且材料去除为分子量级; 石英玻璃表层的分子更易获得足够振动能量而发生化学反应实现材料的去除; 抛光压力、抛光液中化学试剂种类和浓度以及石英玻璃试件与抛光盘的相对运动速度决定了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率大小。

采用参数敏感性分析法研究了微膨胀型热开关导热路径上各项不确定因素对其断开热阻、闭合热阻及开关比等关键热特性的影响。通过与性能试验的比对, 验证了热开关有限元仿真热模型的正确性。基于该模型, 分析了结构组件导热系数和配合面接触热导率与断开热阻、闭合热阻等热特性的关联性, 并依据性能指标的绝对/相对变化量对不确定因素进行了敏感性分类。研究表明: 定位杆导热系数是关于断开热阻和开关比的敏感参数, 敏感性指标分别为6.716 m0.5·K/W和5129 m0.5·K0.5/W0.5; 冷端-伸缩段间接触热导率是闭合热阻的敏感参数, 绝对变化量和敏感性指标分别为1.865 K/W 和0.267 m·K/W, 其余配合面的接触热导率均是闭合热阻的不敏感参数; 定位杆径向小面接触热导率是断开热阻和开关比的敏感参数, 绝对变化量(敏感性指标)分别为56.495 K/W(0.307 m·K/W)和32.936(0235 m·K0.5/W0.5)。所得的结论可为优化微膨胀型热开关的结构性能提供参考与借鉴。

为了有效处理上海光源前端挡光器接收的高热负载, 研究了挡光器的结构设计及其优化方法。选用高导热性、高强度的GlidCop AL-15制造挡光器吸收体, 采用直接水冷和掠入射结构提高其热缓释能力。以对流换热系数和压力降为评价指标, 选用佩图克方程和达尔西-韦斯巴赫方程优化冷却水路, 通过热分析得到了不同参数下挡光器的温度和热应力分析结果, 从而确定了挡光器的结构设计优化参数。优化后挡光器的水路直径为6 mm, 水路到光照面的距离为9 mm, 光照面接线处圆角≥2 mm, 且水路与光束方向基本平行。与初始结构相比, 优化后挡光器的最高整体温度和最高冷却壁温度分别下降约8%和1/4, 最大等效应力降低了1/2左右, 完全满足上海光源前端部件的设计要求。目前, 应用优化参数设计的挡光器已应用于上海光源实际工程中。

考虑目前多数计算机辅助公差工具仅能针对具有理想几何表面的CAD模型, 无法从物理几何角度真正反映制造误差, 本文研究了非理想表面的多尺度表征, 提出了一种能够表征产品表面及其截面轮廓宏观及微观多尺度形貌误差的非理想表面模型。首先, 提出了一种利用离散小波实现形貌误差多尺度仿真的方法; 其次, 针对实际工件, 利用离散小波对其表面及截面轮廓采样数据进行形貌误差多尺度仿真; 最后, 对形貌误差各尺度成分进行合成, 得到具有多尺度形貌误差成分的工件三维表面及其二维截面轮廓的非理想表面模型。仿真及实验结果表明: 利用提出方法可以实现具有多尺度形貌误差的非理想表面模型表征; 仿真所得粗糙度Ra值与白光干涉仪测量所得值的平均相对误差不超过4%。得到的结果证明了提出方法的正确性和可行性, 为更加全面地表征产品的非理想表面模型提供了有效途径。

研究了小型编码器动态检测过程中由编码器与基准编码器轴系中心线不完全重合产生的偏角导入的安装误差, 以便提高编码器检测装置的准确性和可靠性。分析了安装误差对被检编码器检测精度的影响, 推导出了存在安装偏角时引入的安装误差公式及其控制范围公式。为了使编码器的动态检测能准确地反映编码器的实际精度, 给出了最大偏角值αmax及高度差Dmax的允许范围。使用现有21位检测装置对15位被检编码器进行了检测实验, 分别对安装良好、小偏角和大偏角情况下的测量结果和安装误差曲线进行了比较和分析。结果表明: 检测15位编码器时, 将安装偏角值控制在0.36°以下可满足动态精度检测要求。本文提出的误差公式及控制方法可以运用在不同类型、不同精度的编码器检测过程中, 对提高小型光电编码器动态检测的精度和可靠性很有意义。

为了探索振动环境对离轴反射式光学系统的影响, 本文对其系统结构部分进行了随机振动响应分析以及疲劳分析。利用有限元软件MSC/Patran建立光学系统结构的整体模型并进行模态分析, 以实际装配时基体框架前端连接法兰盘的连接孔部位作为边界条件, 通过对其每个节点的六自由度进行约束并进行模态响应分析。分析结果表明在X、Y与Z三个方向上平移及旋转变化量均很小, 满足空间环境中测量系统的精度要求。通过对光学结构整机部分在三个方向随机振动载荷作用下进行了有限元分析, 结果表明光学结构内部最大应力分别为151、267和280 Mpa, 都小于材料的抗拉强度, 且有足够的安全阈度。根据所选的铝合金A709的 疲劳曲线,以及应力响应PSD谱, 利用Palmgren-Miner假设, 对本文所选定的光学结构及其主框架结构在动力学环境下进行疲劳分析, 结果表明其满足系统使用要求。

研究一种两自由度悬臂梁压电发电装置, 以提高悬臂梁式压电发电装置在环境振源振动频率波动情况下的发电能力。建立了两自由度悬臂梁压电发电装置的频率特性理论模型, 并对该理论模型进行了有限元仿真验证, 结果显示理论计算与有限元仿真结果基本一致。对两自由度悬臂梁压电发电装置的频率特性模型进行了数值模拟, 模拟显示: 装置的前两阶模态频率比随着长度比、宽度比、厚度比及质量块的质量比的增大均出现一个最小值, 且在长度比为0.8, 宽度比为2.0, 厚度比为1.0, 质量块的质量比为0.5时, 装置的前两阶模态频率比最小, 结果表明通过合理设计两自由度悬臂梁压电发电装置的结构参数, 可以使得装置的前两阶模态频率最接近。最后, 实例设计了两自由度悬臂梁压电发电装置, 并进行了试验测试, 证实了优化后的两自由度悬臂梁压电发电装置具有宽频带发电能力。

根据高分辨率空间相机性能要求, 设计了一种倒圆角直梁复合组成的双脚架柔性减振支撑结构。首先, 根据某卫星结构要求初步设计了相机底部支撑结构, 建立了以随机响应为目标的优化设计模型。利用尺寸优化设计了双脚架结构支腿的柔性环节, 得到柔性环节最小厚度为2.5 mm。然后, 对相机底部支撑结构进行了工程分析。分析结果表明, 设计的支撑结构组件重量1.26 kg, 基频达到1 624 Hz。最后, 对空间相机底部支撑结构组件进行了随机振动试验, 试验结果显示: 与相机结构连接处的最大响应RMS值为21.4 grms, 随机响应最大相对放大率为0.93, 满足空间相机支撑结构的减振要求。得到的结果验证了设计和分析的可靠性, 对同类卫星相机底部支撑结构的设计具有一定的指导意义。

由于超声导波难以准确检测非金属管道的早期损伤, 本文提出了一种非线性超声导波延时方法对非金属管道结构损伤进行测试和定位。基于非线性超声调制机理分析了非金属管道损伤状态, 使用同侧非线性超声的混频信号激励方式并根据超声导波传播速度的差异产生激励信号延时, 然后在管道损伤处实现混频信号的非线性调制。采用HHT(Hilbert-HuangTransformation)提取混频延时信号的瞬时特征量, 并通过分析非线性分量延时分组进行损伤区域检测, 实现了对非金属管道裂纹损伤的定位。PVC(Ployninylchloride)非金属管道实验显示, 无损伤状态下延时信号分组的标准化基准值为0.518 8; 单裂纹状态下延时信号分组标准值为0.593 7, 损伤定位相对误差为3.277%; 双裂纹损伤状态下的标准化瞬时平均幅值为0.580 1与0.607 3, 损伤定位值绝对误差小于4 mm。相对于利用小波包络分解的非线性延时定位检测法, 实验得到的单裂纹损伤准确度提高了36.4%。结果表明该方法能够对非金属管道裂纹损伤准确定位, 并能够检测早期多裂纹损伤。

为了实现亚纳米级超光滑表面的加工, 建立了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统, 同时研究了加工过程中纳米颗粒与工件表面间的相互作用机理。首先, 对实验所用锐钛矿TiO2纳米颗粒及单晶硅工件表面进行表征测量。然后, 用第一性原理的平面波赝势计算方法研究了纳米颗粒胶体射流加工中TiO2分子团簇在单晶硅表面化学吸附的表面构型结构及其体系能量。最后, 开展了TiO2纳米颗粒及单晶硅工件表面间的吸附实验。实验结果表明: 胶体中的OH基团在TiO2团簇表面及单晶硅表面分别发生化学吸附, 在TiO2纳米颗粒及单晶硅表面吸附过程中形成了新的Ti-O-Si键及化学吸附的H2O分子。红外光谱实验结果显示:TiO2纳米颗粒与单晶硅界面间存在新生成的Ti-O-Si键。这种界面间的相互作用证实了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流抛光过程可实现材料去除的化学作用机理。

本文主要研究了椭圆弧柔性铰链刚度的优化设计方法。首无, 针对椭圆弧柔性铰链刚度计算公式过于复杂的问题, 采用幂函数非线性曲线拟合的方法, 推导了椭圆弧柔性铰链刚度的近似理论计算公式。然后, 基于近似理论计算公式, 分析了柔性铰链的精度特性及工作时的最大应力; 采用GlobalSearch全域优化指令和Fmincon局域优化指令对椭圆弧柔性铰链工作方向的最大刚度进行了优化设计。最后, 采用有限元仿真和实验验证的方法证实近似理论计算公式的适用性和优化结果的可靠性。验证显示: 实验结果与近似理论计算结果的相对误差小于5%, 表明提出的方法不仅省去了繁杂的有限元模型建立以及计算和修改的过程, 大大提高了设计效率; 而且通过优化计算可以得到椭圆弧柔性铰链的最大刚度。

针对空间遥感器反射镜对支撑功能的需求,设计了一种应用于空间领域的大口径反射镜复合支撑结构。该复合支撑结构包括A框加切向拉杆的周边支撑和3组whiffletree结构组成的背部支撑。研究了复合支撑的支撑原理和工程实现。基于功能分配和指标分配的理念设计了复合支撑结构。采用有限元分析的手段对设计结果进行了静力学和动力学仿真验证, 然后对实际的支撑系统进行了相关的试验测试。试验结果表明, 采用复合支撑的反射镜组件在工作状态下的面形精度优于λ/50(λ=632.8 nm), 镜体刚体位移小于0.01 mm, 镜体转角小于2″, 质量小于50 kg。整个组件模态分布合理, 基频为161 Hz, 远高于设计要求的120 Hz。各项仿真和测试结果均表明该复合支撑效果良好, 满足空间遥感器对可靠性和稳定性的需求。

开展了精密数控车床主轴系统热误差补偿的实验与建模方法的研究。建立了精密数控车床主轴系统轴向与径向偏转热误差补偿模型以增强其误差补偿能力, 并提高机床加工精度。构建了主轴系统热误差测试平台, 应用五点法测试主轴系统热误差, 使用热电偶与红外热像仪测量主轴系统温升关键点温度变化数据, 应用灰色综合关联分析法实现温度敏感测点辨识。构建了基于粒子滤波重采样粒子群算法的热误差预测模型, 对模型预测效果进行评价。结果表明: 基于粒子滤波重采样粒子群热误差补偿模型得到的轴向热误差预测残差为-1.29 μm～1.55 μm, 建模精度为95.04%; y向热偏转误差预测残差为-4.68×10-6°～9.66×10-6°, 建模精度为91.26%; z向热偏转误差预测残差为-5.83×10-6°～8.59×10-6°, 建模精度为93.24%。实验结果证明该热误差补偿模型具有较高的预测精度, 具有较强的工程应用价值。

针对红外与可见光图像融合易受噪声干扰从而使目标信息减弱的问题, 提出了一种基于目标区域提取和压缩感知的融合算法。首先, 在频率域上对红外图像进行显著区域检测得到其对应的显著度图, 并在显著图指导下结合区域生长法提取红外图像的目标区域, 有效抑制噪声与复杂背景的干扰。然后, 用非下采样剪切波变换对待融合的图像进行分解, 采用不同的融合策略分别对目标与背景区域的高、低频子带进行融合。针对背景区域提出一种新的基于多分辨率奇异值分解和压缩感知的融合规则, 最后, 进行非下采样剪切波逆变换得到融合图像。与其他算法的对比实验结果表明, 本文算法能更好地突出目标区域, 保留图像细节信息, 抑制噪声干扰; 图像质量评价指标中的信息熵、标准差、互信息、边缘保持度分别提高了3.94%, 19.14%, 9.96%和8.52%。

针对近红外无创血糖检测过程中噪声对血糖浓度模型精度和稳定性的影响, 提出用自适应噪声总体集合经验模态分解方法实现近红外光谱信号的去噪; 同时, 根据原始信号曲率和分解后本征模态函数(IMFs)曲率间的离散弗雷歇距离选择相关模态。首先, 将自适应噪声的总体集合经验模态分解方法引入近红外光谱去噪过程, 介绍了经验模态分解、集合经验模态分解、互补集合经验模态分解及自适应噪声总体集合经验模态分解的基本原理及具体实现过程。然后, 应用基于曲率和离散弗雷歇距离的自适应噪声总体集合经验模态分解改进算法对仿真信号和光谱信号进行去噪, 并将其标准差和信噪比作为评价指标。实验结果表明: 应用提出的方法得到的血糖浓度近红外光谱数据其标准差为0.179 4, 信噪比为19.117 5 dB, 实现了信号与噪声的分离, 改善了重构信号质量, 具有良好的自适应性, 可以有效识别并提取有用信息。

提出了一种基于非下采样双树复轮廓波变换(NSDTCT)和稀疏表示的红外和可见光图像融合方法, 以改善传统的基于小波变换的图像融合方法的不足。该方法首先利用形态学变换处理源图像, 利用NSDTCT变换进行图像分解得到低频子带系数和高频子带系数。根据高低频系数的不同特点, 提出改进的稀疏表示(ISR)的融合规则用于低频子带; 然后将改进的空间频率作为脉冲耦合神经网络的外部输入, 提出基于自适应双通道脉冲耦合神经网络(2APCNN)的融合策略用于高频子带。最后通过NSDTCT逆变换获得融合后的图像。实验结果表明: 本文方法在客观指标和视觉效果方面均优于传统图像融合的方法。与传统的NSCT-SR方法相比, 实验的两组图像中4个客观指标: 互信息(MI)、边缘信息保留量QAB/F, 平均梯度 (AG)和标准差(SD)分别提高了9.89%、6.39%、104.64%、55.09%和9.53%、17.77%、95.66%、52.89%。

由于钢轨图像灰度分布不均, 一般的图像分割法难以将目标从背景中分割出来, 故本文提出了目标方差加权的类间方差阈值分割法对钢轨图像进行阈值分割。分析了钢轨图像的特点, 总结了加权的目标方差(Otsu)方法及其它全局阈值分割法对钢轨图像分割存在的问题。然后, 对Otsu方法进行改进, 以目标出现的概率为权重, 对类间方差的目标方差加权, 使分割阈值靠近单模直方图的左边缘和双模直方图的谷底。最后, 计算图像的错误分类误差、钢轨图像的缺陷检测率和误检率来验证算法的有效性。实验结果表明, 改进的Otsu方法能有效地分割钢轨图像, 错误分类误差接近0。与其它阈值分割法如Otsu法、其它改进的Otsu法、最大熵阈值分割法相比, 本文方法对钢轨图像的分割效果更优, 缺陷检测率和误检率分别为93%和6.4%, 适合机器视觉缺陷检测的实时应用。

由于动基座下运动目标的检测存在的背景干扰较大, 影响运动目标检测精度的问题, 本文提出了一种基于傅里叶变换和核函数-灰度统计图的动基座动目标检测算法, 以便较大限度地克服光照变化、背景噪声对运动目标检测精度造成的影响。该算法首先将评价函数引入特征匹配块的选取中完成视频图像背景的分块匹配。然后, 采用傅里叶变换的相位相关算法估计全局运动补偿参量; 逐一计算各图像子块的高斯核函数值, 建立核函数-灰度统计图并通过相邻帧高斯核函数值的变化情况判断运动目标的区域。最后, 对包含运动目标的图像子块进行图像分割处理, 完成动目标检测。实验仿真表明, 与传统的运动目标检测算法相比, 该算法中评价函数的评价系数α取0.7, 帧间图像块相似度阈值T取0.3时, 能有效地抑制光照变化和噪声带来的背景干扰, 检测出动基座下的运动目标。该算法具有较快的计算效率, 能满足工程上的实时性要求。

为了进一步提高有雾视频的可用性, 提出了一种改进的基于雾气理论的视频去雾方法。该方法以雾气理论为基础, 利用暗原色先验知识以及Retinex方法和图像融合的方式, 将从视频背景图像求取的大气光值和介质传播图应用于视频的所有帧以便去除雾气。从主观定性评价、客观定量评价和运算速度3个方面对视频去雾效果进行了评价。结果表明, 对分辨率为480×640的视频, 本文方法的运算速度为5.45 frame/s, 不仅获得了较快的处理速度且能有效避免复原视频中出现颜色跳变的现象。由于本文采用区间估计的方式对大气光值进行估计, 同时利用图像复原和图像增强的方法求取介质传播图, 因此, 复原视频的清晰度和对比度比典型的视频去雾方法有所提高, 颜色效果也比较好。

针对无人机的自主高精度定点着陆, 应用自适应内模控制(AIMC)原理设计了自主着陆纵向飞行控制律。以轮式无人机为平台, 将纵向非线性模型解耦并线性化。然后, 以地速和下沉率为控制目标, 应用AIMC理论设计了纵向飞行控制律。通过对AIMC滤波参数进行自调整改善了系统的动态特性, 基于对模型的辨识增强了系统的鲁棒性。在顺逆风6 m/s的条件下对AIMC系统进行了数字仿真, 结果显示其落点精度达到前后向30 m范围内。与传统内模控制(IMC)系统相比, 提出的自适应内模控制(AIMC)系统在动态性能和落点精度等方面均有明显提高。最后, 搭建了半物理测试平台, 通过半物理仿真测试复现了系统数字仿真结果, 验证了系统功能的完整性和协调性。

由于多舰船目标显著性检测过程容易将边界像素作为背景处理, 本文提出了应用颜色聚类图像块的多舰船显著性检测方法。该方法首先检测邻域 像素是否具有颜色相似性, 并将临近的具有相似颜色的像素聚集在一起作为一个图像块。接着, 对获得的图像块进行扩展, 使图像块包含很多其他图像块的像素以提高图像块内像素间的对比强度; 对边缘像素进行背景索引标记, 计算图像块中像素的显著性强度, 采用阈值分割方法获得目标显著性区域。最后, 基于颜色聚类的图像块存在部分重叠的特点, 利用权值对存在叠加的显著性图像进行融合, 从而获得多舰船目标整幅图像的显著性检测结果。对获得的多舰船目标图像进行了实验测试, 并对本文算法结果和当前比较先进的其它显著性检测算法进行了效果对比。结果显示: 提出的利用颜色聚类图像块的舰船显著性检测方法的查全率达到78%以上, 准确率达到92%以上, 综合评价指标Fβ≥0.7; 无论考虑单个指标还是整体指标, 本文算法均优于其他对比算法。

提出了一种在α和高斯混合噪声以及循环平稳干扰并存背景下基于分数低阶循环相关(FLOCC) 联合估计单电磁矢量传感器波达方向(DOA)和极化参数的多重信号分类(MUSIC)方法。该方法利用信号的循环平稳特性, 采用分数低阶循环相关函数抑制α和高斯混合噪声以及循环平稳干扰信号; 然后利用MUSIC方法对单电磁矢量传感器的DOA和极化参数进行联合估计, 并利用DOA参数与极化参数的相互独立性, 将传统MUSIC方法的四维搜索简化为两次二维搜索,从而有效地减少该算法的计算量。对所提算法与基于分数低阶矩的MUSIC算法进行了实验对比。结果显示: 提出的方法可充分地抑制与待测信号循环频率相异的任意循环平稳干扰信号; 在α和高斯混合信噪比为0 dB, 信干比为3 dB 时, 估计得到的DOA和极化参数的均方根误差分别为0.3°和0.7°, 明显优于基于分数低阶矩的MUSIC方法。