针对海洋环境、海洋水色等领域的发展需要, 设计了一种适于机载的宽视场、大相对孔径的改进型Dyson光谱成像系统。根据海洋环境污染的光学特性, 利用不同目标反照率值估算目标信号的信噪比, 将高光谱成像仪的工作波段扩宽至紫外波段; 使用大像元尺寸的探测器、大相对孔径的成像系统来满足对海洋目标弱信号的识别, 同时通过降低积分时间来避免近海岸沙滩信号过强引起的探测器饱和。该光谱仪的工作波段为0.32~1.05 μm、相对孔径为f/1.8、像元尺寸为24 μm×24 μm, 通过加入弯月形的矫正镜避免了狭缝、探测器、滤光片和单透镜相互之间产生干涉。设计结果表明, 整个光学系统各波长的传递函数均大于0.83, 谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元尺寸的4%。所设计成像光谱仪系统适用于海洋环境污染,尤其是海洋溢油污染的监测。

为了获得更加准确的中医理疗功效检测结果, 根据中医经络的气血和人体皮肤微循环密切相关的理论, 提出了一种基于散斑血流成像的检测方法。对检测过程中由于被测对象身体抖动等因素产生的图像信噪比下降问题进行研究和改进, 并通过软管模拟实验对成像系统的稳定性进行验证。然后, 对10名健康志愿者的内关穴或外关穴进行艾灸实验, 以血流灌注指数为检测指标, 采用散斑血流成像系统对手部不同经络的穴位及非穴位检测点进行检测。实验结果表明: 艾灸后, 在艾灸点所在经络上的穴位检测到的血流灌注指数增加比其它穴位点高20%。激光散斑血流成像系统能够对理疗过程中皮肤血流变化予以大视角的成像, 此方法在中医理疗功效检测中具有有效性。

针对电致发光缺陷检测仪的成像性能不一致的现状, 结合光伏组件自身的电致发光原理, 对分辨率、图像均匀性、图像显示等技术指标进行了分析和比较, 提出了一种适用于光伏组件生产线现场快速有效的检测技术。研制了相应的检测评估装置, 开展了相关测试试验。实验结果表明, 利用该技术对粘贴在组件上的分辨率测试板的图像进行视觉判读, 可实现1.98 lp/mm(线对每毫米)的最高分辨率检测以及0.1 mm线宽的最小单条纹缺陷模拟检测, 从而保证光伏组件的缺陷检测工作能够更加准确有效, 促进光伏产业的质量提升。经测试, 该评估技术适用于光伏组件生产线上的电致发光缺陷检测仪, 可满足目前光伏产业的检测需求。

光阴极辐射灵敏度是衡量紫外探测器响应能力的一项重要指标, 实现其准确测量至关重要。本文建立了某型紫外探测器光阴极辐射灵敏度测量方法, 搭建了实用的紫外光阴极辐射灵敏度测量装置, 重点分析了利用该装置进行紫外光阴极辐射灵敏度测量时的影响因素, 对比了紫外窄带滤光片、光栅单色仪、辐射照度计和辐射功率计等不同组合方式进行光阴极辐射灵敏度测量时的误差情况, 得出光栅单色仪配辐射功率计方式在光阴极辐射灵敏度测量时的误差最小, 扩展不确定为9%, 相比其它三种组合19.4%、19%和11.2%的扩展不确定度具有绝对优势。该研究成果用于辅助国产紫外探测器技术研发, 为进一步改进提升其技术性能提供了有效且准确的检测手段。

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度, 提出了一种新型EFPI传感结构, 并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先, 介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法; 接着, 建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型, 并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真, 对它在不同受压力下进行理论模拟, 获得了腔长变化与压力之间的关系; 最后, 对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明, 镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083 pm/℃, 具有温度自补偿特性; 它对横向负载的检测灵敏度可达40.83 m/g, 相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合, 为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。

为了研究凝视型激光主动成像系统对非合作目标的成像性能及在目标跟踪中的应用,设计了基于APD阵列和分束照明的凝视型激光主动成像系统。对激光回波功率与目标距离之间的关系进行了理论分析, 结果显示: 200 m外目标的回波功率小于1 μW。为提高系统作用距离, 选取高增益带宽积跨阻放大器OPA657N提高系统增益, 并通过优化元件布局来克服高跨阻值时的通道串扰。实验验证了距离方程的正确性。在此基础上, 采用八连通团块检测方法实现目标探测, 并对两轴目标跟踪进行了实验验证。结果显示: 系统能够对200 m处非合作目标稳定成像, 并能获取420 m处非合作目标的回波信号; 当目标在俯仰轴、偏航轴方向行程大于2.5°时, 系统能够实时探测并稳定跟踪。

差动共聚焦显微成像技术可以获得很高的轴向测量精度, 然而已有的差动共聚焦测量技术主要适用于激光扫描共聚焦, 还不能满足微纳加工过程中对工件进行非接触式的在线、在位测量的要求。本文在分析差动共聚焦显微成像系统能够实现轴向测量原理的基础上, 提出了适用于并行共聚焦技术的轴向测量方法。该方法利用均匀白光照明, 在像方只需要使用一台相机做探测器, 在物方通过移动载物台分别对样品在焦前和焦后两次成像, 根据预先刻度好的差动曲线就可以得出物体表面的高度。理论模拟与实验结果均表明, 该方法可以实现高精度的轴向测量, 对500 nm的台阶样品测量的平均误差为2.9 nm, 相对误差为0.58%。该方法简单、廉价、测量精度高, 可以用于普通显微镜, 易于实现样品的三维快速形貌还原与测量。

针对离轴反射光学系统的精密装调问题, 提出了一种高精度空间交互测量以及基准传递系统, 可实现调焦角度与系统光轴的高精度角度定位。该系统口径为450 mm, 可实现0.5 km至无穷远的调焦, 调焦角度精确定位后, 只需调整无穷远处离轴三反光学系统的波像差满足要求, 即可保证系统各个调焦位置处的波像差均满足设计要求, 大大提高了装调效率。装调实验结果表明, 无穷远处系统的波像差结果为0.09λ, 1.5 km处系统的波像差为0.1λ, 2.5 km处系统的波像差为0.11λ, 0.5 km处系统的波像差为0.2λ, 均优于设计要求。

面向星敏感器在轨应用时杂光抑制的迫切需求, 开展了星敏感器遮光罩出口杂光辐照度分布定量测试。基于微型光纤光谱仪、二维高精度位移台以及太阳模拟器搭建了可逐点扫描的杂光测试平台, 并将辐射测量软件与运动控制软件进行有效整合, 开发系统集成测试软件, 完成遮光罩出口杂光辐照度分布的实时定量测量。针对获取的不同光照入射角下遮光罩出口处的测量计数值, 根据测量时设定的积分时间及保存的暗背景数据以及光谱仪定标数据计算获得遮光罩出口处的杂光辐照度分布。数据处理结果表明: 遮光罩在出口处的杂光辐照度约为102 W/cm2, 而且分布不均匀。基于误差分析理论构建了测量误差模型, 误差计算结果为4.87%, 表明了测量方案的合理性和可行性。测量数据可为星敏感器系统方案设计、论证、测试、定型及应用提供重要的技术支持。

椭圆弯晶谱仪具有测谱宽度大, 能谱分辨力高等特点, 并在"神光II"激光惯性约束聚变实验研究中得到了很好的应用。利用X射线衍射仪铜(Cu)靶 X射线管作为X射线线光源, 选取合适厚度滤片, 抑制Cu-Kβ 线及韧致辐射, 测量了Cu-K α能点处二氧化硅石英椭圆弯晶的积分衍射效率和摆动曲线半高全宽, 并开展了针对上述两个重要参数随晶体弯曲曲率半径改变的测试验证, 预估了能谱分辨力。结果表明, 椭圆弯晶的积分衍射效率和摆动曲线半高全宽对晶体弯曲半径改变敏感, 通过提高晶体弯曲度可增强晶体"镶嵌"效果。该结果可为下一步优化设计多用途性椭圆弯晶谱仪, 以及完善X射线光谱定量化测量提供了数据支撑。

为了提高钛合金的高温抗氧化性能, 推动钛合金在高温和复杂工况环境下的进一步工程应用, 利用高能激光束作用下Ti、Al、Nb三种元素混合粉末之间的原位反应在BT3-1钛合金表面制备了高温抗氧化的高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。针对原位反应所制备涂层存在的缺陷, 通过自行设计的热处理工艺优化了涂层和界面微观组织。借助光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了热处理前后复合涂层的物相结构及显微形貌。结果表明: 热处理前的涂层主要由单质Nb、金属间化合物γ-TiAl、α2-Ti3Al、Ti3Al2等物相组成; 热处理后的复合涂层, 单质Nb固溶到γ-TiAl和α2-Ti3Al中, 同时形成了新相Ti3AlNb0.3, 涂层近似为γ-TiAl+α2-Ti3Al双相层片状等轴晶组织。此外, 涂层中并未观察到减弱抗氧化性的单质Nb颗粒和Ti3Al2相, Ti、Al、Nb的宏观偏析得以消除, 涂层与基材界面位置的气孔和裂纹均以消失, 出现了明显的白亮带冶金结合过渡层, 涂层组织也更加均匀致密。热处理对提高钛合金表面Nb的合金化程度和改善Ti-Al金属间化合物的高温抗氧化性能起到了显著的促进作用。

本文提出了一种求解最佳测量区的方法, 以进一步提高关节式坐标测量机的测量精度。首先,根据关节式坐标测量机的测量模型, 建立了基于圆编码器测角误差的关节式坐标测量机误差模型。利用蒙特卡洛理论得到6个关节转角的随机数, 采用数值法仿真分析测量机的测量空间。然后将包含测量空间的一立方体区域等间隔切割成343个小立方体区域, 采用蚁群算法确定每个小区域由于圆编码器误差所引起的最大测量误差。最后, 通过比较找到其中最大测量误差最小的区域, 即为最佳测量区。研究结果表明, 对于所研究的关节式坐标测量机, 各个小区域的最大误差为0.069 9~0.189 6 mm, 其中最小值为0.069 9 mm的区域为-100 mm≤x≤100 mm, -100 mm≤y≤100 mm, 400 mm≤z≤600 mm。采用本文方法确定的最佳测量区在测量空间内为一个立方体区域, 故在最佳测量区进行较高精度的测量具有实用性和可操作性。

针对光学稳像系统的双向动态大行程的设计要求, 本文设计了一种可伸缩双向作动的压电作动器, 并基于此压电作动器设计了二自由度稳像机构。压电作动器由一个收缩式三角位移放大机构和一个伸张式三角位移放大机构组成。位移放大机构可为压电平台提供足够的行程, 柔性铰链可使平台结构更加紧凑。接着, 利用有限元分析软件ANSYS对平台结构进行静力学仿真, 模拟了平台的位移和应力变化。最后对原理样机进行了实验分析, 实验结果显示所设计压电平台在低电压和低频率下有足够大的行程和足够快的响应速度, 作动器在120 V电压下的输出位移在67 μm左右, 基本满足稳像系统的性能要求, 故平台结构的设计方案是可行的。

随着微纳器件应用领域的日益拓展, 微能源技术受到国内外研究人员的高度关注和重视, 其中利用涡激振动进行流体能量收集是主要的研究热点。本文首先介绍了基于涡激振动的流体能量收集原理, 归纳了涡激振动式微流体俘能器的典型结构、原理、特性和应用情况。其次, 总结了国内外基于尾涡致动和钝体致振这两种主要涡激振动流体俘能技术的发展概况与研究进展, 并简述了涡激振动压电式俘能器流固耦合数学模型的研究现状。最后, 指出涡激振动能量收集尚缺乏统一的数学模型以及现有的俘能器存在结构可靠性低、稳定性较差等问题。在此基础上, 分析了利用涡激振动实现流体能量收集接下来的发展趋势, 以期推动涡激振动式微流体俘能器的进一步发展与应用。

为探寻解决微/纳机电系统中摩擦和磨损等界面效应问题的理想新方法, 研究了石墨接触界面对石墨超润滑的影响及阻力来源。首先, 利用电子束曝光、反应离子束刻蚀等微加工方法制备了微米级石墨平台, 并使用微纳机械手推动石墨平台获得了具有超润滑特性的石墨表面。然后使用拉曼光谱、纳米级红外光谱和原子力显微镜对获得的超润滑石墨表面进行表征。最后使用了能谱仪对石墨平台进行了微区元素分析。结果表明, 超润滑石墨表面具有原子级光滑的平整度, 并具有极高的有序度, 而石墨表面的边缘具有多种缺陷并在加工过程中及大气环境中吸附了多种分子, 边缘的氧原子含量比面内氧原子含量高出了24.2%。推动石墨平台的过程中, 边缘吸附分子会阻碍超润滑石墨接触界面发生相对滑动, 克服这些分子的吸附需要能量, 这成为摩擦阻力的来源。

本文采用新型Stribeck模型和区间辨识方法对伺服系统中的摩擦补偿进行了研究。首先, 针对Stribeck摩擦模型存在非线性、控制计算量大和不利于控制器设计等缺点, 本文对其进行了线性化, 并提出一种线性化的Stribeck模型; 然后介绍了区间理论的参数辨识方法, 并对方法的有效性进行了仿真验证研究; 利用所提出的新模型进行了摩擦实验, 结果显示该模型可以辨识出摩擦参数, 接着设计了前馈摩擦补偿控制器。最后, 分别采用阶跃和正弦输入信号进行实验, 结果显示采用所设计摩擦补偿器补偿后, 两种信号的稳态精度分别提高了26.8%和83.63%, 验证了新模型和方法的有效性。本文提出的新型Stribeck模型易于工程应用, 所用区间分析理论适用于参数辨识。

为了实现可见光电视的距离和温度调焦功能, 设计了一款高精度、小体积的调焦平台。根据可见光电视的光学设计结果及功能需求, 提出了调焦平台的主要技术指标。依据此指标展开了高精度直线电机、精密直线导轨、高刚度平台基座及调焦量计算公式的详细设计、选择与解算。其中, 高性能元器件的采用确保了调焦平台自身的运行性能, 调焦量计算公式的精准解算保证了可见光电视的调焦效果。在完成调焦平台的精密加工和装调后, 采用电感仪和平行光管分别对调焦平台的行程、分辨力、全行程精度及其对可见光电视的温度调焦效果进行了实验检测与验证。结果表明: 所设计的调焦平台体积小(80 mm×90 mm×30 mm)、行程大(-2.5 mm～+2.5 mm)、分辨力(6 μm)和全行程精度高(方位、俯仰方向偏差均不超过10″)、调焦量计算公式准确, 能够保证可见光电视系统距离和温度调焦功能的实现。

为研究磨粒流对异形腔孔内壁表面以及微小孔的研抛去毛刺等的作用效果, 探讨了研抛过程中磨粒流各工艺参数与加工质量间的作用关系。以共轨管这种非直线管为研究对象, 对磨粒流抛光共轨管过程进行数值模拟研究, 探索各工艺参数对磨粒流研抛的影响。数值模拟结果表明: 控制碳化硅体积分数可以改变磨粒流研抛过程中的粘温特性, 从而可以控制磨粒流的研抛质量。然后采用正交方法设计实验方案, 实验过程中, 采集抛光过程中温度和粘度的变化数据, 分析磨粒流研抛中粘温特性对磨粒流研抛质量的影响。试验与数值模拟结果表明, 在磨粒流研抛共轨管过程中SiC的体积分数比出口压力的极差秩大, 磨粒流研抛确实可有效改善工件表面质量。而且本文还进一步得出在本试验条件下, 磨粒流研抛共轨管的最佳工艺参数: 出口压力为5 MPa, SiC体积分数为0.25%, SiC目数为80, 同时获得了表面粗糙度与体积分数的回归方程, 可用于指导磨粒流实际研抛生产工作。

本文主要研究了孔隙率等参数可控的自动超轻结构化金属零件的增材制造。以方块零件及一个具有复杂外形的零件为研究对象, 分析了面向激光选区熔化工艺的可控超轻结构化零件的孔隙生成效果, 重点探讨了成型工艺对超轻结构化零件孔隙率的影响。结果显示: 通过计算机数值计算, 可将方块CAD模型快速自动转化为可控超轻结构化模型, 计算孔隙率误差可控制在±2%以内; 激光深穿透现象会导致带悬垂面内壁的壁厚增加, 所引起的孔隙率误差值为负值, 且计算孔隙率越大, 负值倾向越严重; 而成型工艺性不致密导致的孔隙率误差为正值, 且在相同工艺条件下, 计算孔隙率越大, 该误差值越小。故为使总孔隙率误差能较好地反映超轻结构网格孔隙的控制精度, 应提高成型时实体部分的致密性。按45%设定孔隙率成功地将具有复杂结构的零件转化为计算孔隙率为44.62%的超轻结构化模型, 采用高致密性激光选区熔化工艺成型后, 实测孔隙率为42.94%, 无悬垂面的内壁壁厚误差≤0.06 mm, 达到了较好的超轻结构控制效果。

为了解决光机系统动力学分析与面形优化过程中由于光机接口程序后处理方式所引起的计算数据量大或接口处理失效的问题, 提出将光机接口处理过程移到有限元前处理中, 并进行了光机系统的集成分析与优化。首先, 为了解决标准Zernike多项式在环形离散点域内的非正交性, 引入了节点面积加权因子和环域Zernike多项式。提出了通过对镜面施加均匀压强求节点支反力的方式求取节点面积加权因子的计算方法。然后采用最小二乘法推导出镜面刚体位移和拟合镜面变形的Zernike多项式系数与镜面各节点变形量之间的线性关系式。最后, 编写接口程序将这些线性表达式以多点约束(MPC)的方式导入到有限元模型中, 在前处理过程中完成系统的光机接口处理过程。通过对非稳态风载引起的某1.2m地基望远镜视轴抖动和液压whiffletree支撑下的主镜镜面高阶变形量进行结构动力学随机响应分析, 验证了光机前处理方法对解决光机系统动力学问题的有效性。此外, 还以镜面面形为优化目标对1.2 m轻量化主镜的镜体结构和尺寸进行敏感度分析, 证明了光机前处理方法可以有效地简化镜面面形的优化分析过程。

采用LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung)工艺设计加工了一种微型针-柱放电结构芯片,可实现敞开式离子源和微型气泵的系统集成。此微型放电结构由采用电镀铜加工而成的针电极、上圆柱电极和下圆柱电极组成, 针-柱间距有1 mm、2 mm两种规格。在室温、大气压环境、无外界通入气流的条件下, 通过在针-柱电极上加载负直流高压, 可产生稳定的气体放电。利用风速计testo 405-V1测量芯片气体放电产生的离子风风速, 结果表明针-柱间距为2 mm时产生的离子风流速最大, 可达0.79m/s。对针-柱间距2mm规格的微型芯片进行乙酸进样电离实验, 当针-柱之间产生稳定的电晕放电后, 可发现位于芯片出口处已被去离子水润湿的PH试纸变红。此时利用微弱电流检测系统采集电离产生的离子, 当放电电压为-3300V时, 通过微弱电流采集系统检测到的电流信号可达120pA。采用LTQ XL 离子阱质谱仪, 对芯片电离丙酮、无水乙醇和乙酸乙酯的离子产物进行检测, 所得到的主要物质为质子化单体离子和二聚物离子。放电产生离子风风速以及乙酸的进样和电离实验表明, 基于LIGA的微型针-柱结构芯片可实现大气压环境下敞开式离子源和微型气泵的双重功能。

为了提高在全天球自主工作模式下星图识别的成功率和鲁棒性, 本文结合kNN算法和有向图理论的思想, 构造出具有强约束的有序星点集模式, 提出基于有序星点集的全天球自主星图识别算法。该方法首先利用k近邻算法的思想, 以导航星点为中心, 对位于其一定范围内的导航星进行了分类划分。然后基于有向图理论, 以距离中心点星最近的导航星为基准, 按照顺时针顺序对分类的导航星进行排序, 构造出具有强约束特性的有序星点集作为星图识别的特征。实验结果表明: 在存在星点位置误差和伪星点的情况下, 本文提出的基于有序星点集全天球自主星图识别算法具有很强的抗噪声能力、抗伪星点干扰能力和鲁棒性。在星点质心位置达到3像素时, 基于有序星点集星图识别算法成功率仍然可以达到99.8%, 比三角形识别算法和栅格识别算法的识别成功率高16%以上; 在存在3颗伪星点的情况下, 基于有序星点集星图识别算法成功率为98.4%, 比三角形识别算法和栅格识别算法高10%以上。

传统的认知无线电技术主要针对主用户和感知用户静止的认知网络, 近年来对于用户移动性的研究逐渐成为了研究热点。认知网络在多媒体接入技术中应用广泛, 而多媒体接入技术的协议多是基于时间分配的, 本文对主用户移动场景下感知用户的时间分配方法开展了研究工作: 首先构建了认知无线电网络下主用户在感知用户的干扰域内和干扰域外的时间分配模型, 并从用户移动的角度给出了单个感知用户可用的传输时间, 并提出了感知时间门限的问题, 即由于主用户的移动性, 频谱感知算法的感知准确性不会因为感知时间的延长而提高。之后为了给出实际中可以应用的时间参数设计方法, 特别针对随机模型中最为常用的随机游走模型, 给出了单感知用户占用频谱情况下最优传输时间和感知时间门限的表达式, 并进行了仿真实验以验证方法的正确性。

针对计算机辅助文物虚拟复原中断裂部位受损而引起的几何特征丢失问题, 提出一种结合表面纹饰信息与轮廓线上特征点的交互式破损文物拼接算法。首先, 通过生成拉普拉斯线得到碎片表面的纹饰特征和断裂部位表面轮廓线。领域专家根据纹饰特征的连续性标记表面约束点, 再采用Douglas-Peucker算法提取断裂部位轮廓线上的特征点; 然后, 结合特征点至约束点的距离、特征点与邻接点的内角以及相邻特征点的欧氏距离构造能有效表示断裂部位拼合关系的特征点描述符, 同时定义匹配度函数从而获取特征点匹配对集合; 最后, 采用四元组方法计算刚体变换矩阵, 实现碎片的精确拼合。实验结果表明, 拼合时间节省了约13%～16% , 拼合误差小于1 mm。该方法避免了传统的断裂面拼合方法因数据量大带来的高时间代价, 可快速有效地实现破损文物碎片模型的虚拟复原。

针对最小二乘的旋转平均方法对粗差敏感, 求解影像旋转参数不够精确的问题, 提出了一种稳健的旋转平均方法。先利用李群和李代数之间的映射关系, 将旋转矩阵的乘积运算简化为李代数中的减法运算, 推导出旋转平均迭代解算的线性化方程; 然后利用L1范数优化和迭代加权最小二乘相结合的方法求解全局一致旋转最优解; 最后采用迭代策略剔除粗差, 得到精确的旋转矩阵。实验结果表明, 与传统最小二乘方法相比, 提出方法的旋转参数求解精度更高, 稳健性更好, 用于三维重建可以得到更密集均匀的点云, 重建完整性更好。旋转平均的精度优于0.15度, 计算时间不超过0.31s, 光束法平差后, 重投影误差在1.3个像素以内。基本满足快速稳健三维重建的要求。

为了能够完成噪声图像的超分辨率重构, 提出了一种基于稀疏表示的噪声图像超分辨率重构方法, 可以同时完成图像去噪和超分辨率重构。首先, 对样本图像和低分辨率图像进行块划分, 建立样本库。其次, 建立图像退化模型, 采用相似样本加权平均的方式对输出的高分辨率图像块进行表示。根据输入的低分辨率图像块, 计算样本块与输出的高分辨率图像块之间的相似性。提出了一种相似性描述方法, 能够很好地解决噪声带来的影响。然后, 采用相似性对稀疏编码优化模型进行惩罚, 提出一种权值求解模型。模型可以自适应的搜索相似样本块而不需要预先设定相似块的个数。最后, 求解权值, 根据权值和样本块重构高分辨率图像块, 并重构高分辨率图像。实验结果表明: 所提出的方法较其它常见超分辨率算法的峰值信噪比可提高0.5dB左右, 重构的图像细节更丰富, 去噪效果更好, 更适合实际应用。

针对传统的基于径向特征的星图识别算法在构建星模式的过程中由于位置噪声的干扰导致识别率较低的问题, 本文提出一种添加补偿码的快速径向伴星星图识别算法。该算法以比特向量的形式构建基于径向特征的特征向量, 同时将伴星间的角距信息以及位置噪声的补偿信息添加到特征向量中, 从而有效地减小了特征库的容量, 提高了星图识别算法的稳定性和识别率。最后本文根据比特向量的特点采用最小相似差方法快速完成观测星与导航星之间的初匹配, 再根据同一视场内星点位置信息的相关性完成对观测星的唯一识别。实验仿真结果表明, 在位置噪声为0.5像素的情况下星图识别成功率达到97.8%; 在星等噪声为0.8 Mv的情况下星图识别成功率达到96.4%; 当以真实星图为实验对象时, 星图识别的成功率达到94.2%。与传统的三角形算法以及未添加补偿码的径向特征星图识别算法相比, 本文算法在识别成功率和识别时间上均有着不同程度的提高。

基于摄像机位姿估计的数学模型, 提出了一种检测摄像机位移前后目标图像特征点的方法, 通过求解摄像机发生位移前后的相对位姿矩阵来解决应用视觉图像获得点云的初始配准问题。首先, 介绍了摄像机位姿估计模型, 包括本质矩阵、旋转矩阵以及平移矩阵; 然后, 介绍了SURF算子的特征点检测、描述和匹配的方法, 在此基础上面向双目视觉和单目结构光系统, 分别提出了摄像机位移前后目标图像SURF特征点匹配和深度估计模型; 最后, 分别进行双目视觉和单目结构光系统点云的获取、位移前后目标图像特征点检测匹配和深度估计实验, 应用摄像机位姿估计模型求解旋转矩阵和位移矩阵, 并对位移矩阵进行统计分析剔除粗差。实验中采用基于点云空间特征点和基于图像的方法进行对比, 点云对应特征点均方误差缩小至12.46 mm。实验结果验证了方法的可行性, 表明本文的点云初始配准方法能较好地获得点云精确配准初值。

针对现有图像拼接方法实时性受限的问题, 提出了一种通过对图像拼接中重叠区域部分图像特征检测和投影误差校正两部分相结合的快速图像拼接方法。首先, 该方法特征检测范围仅集中在待拼接图像重叠区域的部分图像块, 从中获取尺度不变特征变换(SIFT)的特征点信息。然后, 在特征匹配后应用投影误差校正方法, 达到充分利用有限匹配点对计算出高精度投影变换矩阵的目的,避免了不必要的特征检测和匹配搜索, 继而大大加快了图像拼接速度。最后, 结合图像拼接的质量评价方法对图像拼接结果做出质量分析, 以反映改进方法的性能。实验结果表明: 对比文献所提出的快速图像拼接方法, 本文方法在保证图像拼接质量的前提下显著降低了拼接时间; 在所给的3组实验图像中, 拼接速度平均提升了54%左右, 证明了本文方法的可行性和有效性。

针对近红外星图辐射效应产生的亮斑会造成恒星计算质心与真实质心偏移的情况, 文章从近红外星图背景与目标差异性入手, 提出了稳定背景提取与恒星显著性提取的方法。显著性检测中利用SLIC对图像进行超像素计算,依据超像素间的几何连通性和灰度相似性进行近红外星图背景与恒星的分离。本文方法获得的恒星区域具有较好的连通性, 有效解决了利用硬阈值分割恒星不连通所造成的存在大量虚假目标的问题。实验中, 本文采用凝视状态拍摄的165幅近红外星图作为样本, 检测获得的恒星质心与标定质心偏移方差小于0.27, 证实了方法的有效性。

针对传统各项异性扩散模型容易产生板块分区, 模糊图像细节等问题,提出一种改进的各项异性滤波算法。该方法引用双曲正切函数构造扩散模型的扩散系数, 避免了传统各项异性扩散模型在均匀区域产生的板块分区问题; 并通过使用衰减因子提高在非均匀区域的扩散敏感性, 能够更好地保留图像的边缘细节信息; 同时引入相对平滑增量, 自适应监控图像的滤波程度, 并自动终止迭代过程。仿真实验表明, 提出的滤波方法能够有效滤除超声图像斑点噪声, 并消除传统各项异性扩散模型产生的板块分区问题, 提高了对图像细节信息的保留能力, 并增强了与原图像的结构相似度, 是一种有效的斑点噪声降噪方法。

为了提高对视频序列中人体行为的识别能力, 建立了基于局部特征的动作识别框架。通过时空特征提取及编码和SVM分类器参数优化两部分对该框架所涉及算法进行了研究。首先, 采用Harris3D检测器获取时空兴趣点(STIP), 以方向梯度直方图(HOG)和光流方向直方图(HOF)对STIP进行描述, 并引入Fisher向量实现对特征描述子的编码; 由于固定参数下SVM动作分类模型存在泛化能力不足的问题, 将粒子群算法应用于各动作分类器参数寻优过程中, 针对种群多样性逐代变化的特点, 构建粒子聚集度模型, 并利用其动态调节各代粒子的变异概率; 最后, 利用KTH和HMDB51数据集对所提方法进行验证。结果表明, 所提自适应变异粒子群算法(AMPSO)能够有效避免种群陷入局部最优, 具备较强的全局寻优能力; 在KTH和HMDB51数据集上的识别准确率分别为87.50%和26.41%, 优于其余2种识别方法。实验证明, AMPSO算法收敛性能良好且整体识别框架具有较高的实用性和准确性。

为了实现共平台的多个空间观测成像系统的空间配准, 对多个相机进行天文标定和姿态测量, 提出一种基于星图模拟的星图识别和姿态解算算法。首先, 建立共平台的多传感器天文观测模型, 并产生模拟星图, 将星点之间的特征转换为图像特征; 其次, 根据四边形对角线的共线不变性特征, 对相机观测星图和模拟星图进行特征匹配, 提取相机内参数的初始值; 然后, 利用星点坐标矩阵奇异值不变性, 自动匹配剩余星点并求解姿态矩阵的初始值; 最后, 对相机内参数和姿态矩阵进行非线性优化求解。实验结果表明, 在未精确标定光学系统内外参数的情况下, 星点正确识别率大于97.4%, 相机像元角分辨率为3.9"×3.4", 最后计算得出的投影误差低于1个像素, 满足多传感器空间观测系统空间配准的精度和鲁棒性要求。