针对天文观测和**建设对超大口径空间遥感器的迫切需求, 对分体式超大口径空间遥感器技术进行了系统研究。首先阐述了该技术的主要实现方式和基本原理, 主要包括分体自重组系统, 分体空间装调系统和分体空间制造系统, 概述了不同实现方式的发展历史和研究现状; 总结了各种实现方式的结构特点和核心技术, 并对其发展前景进行了分析和展望。最后, 根据我国未来空间探测的实际需求, 结合现阶段技术水平和未来的技术潜力, 给出了重点发展分体自重组技术, 积累完善分体空间装调技术, 布局分体空间制造技术的建议。

当高速成像制导导弹在大气中飞行时, 其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热, 但是超声速气膜流动会引起光束退化, 降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应, 本文构建了主流马赫数为3.4, 设计喷流马赫数为2.5, 实际测得喷流马赫数为2.45 的超声速气膜实验装置。利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获得了高时空分辨率流场图像, 并对气膜冷却流动的密度场进行重构, 利用光线追迹法获取了对应密度场的光程差。通过将光程差分布和K-H涡对比后发现, 光程差的波谷位置对应于涡卷的中心, 而光程差的波峰对应于涡卷中心之间的连接部分。但是, 随着涡结构的发展破碎, 对应关系不再成立。根据超声速气膜NPLS流场图像结果, 利用分形原理获取的分形维数结果, 将其沿流向划分为三个区域, 其对应平坦度分别为3.4,2.9,3.6,验证了区域2更适合进行相干结构提取。

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能, 对一定入射及方位角的光束经过Wollaston棱镜后引起的两出射光束的偏振非正交及进而引起的系统测角误差进行了研究。首先, 建立系统坐标系模型, 采用光线追迹法, 并利用坐标变化的方式, 对任意入射角和方位角下Wollaston棱镜的偏振非正交进行了理论推导。接着, 对偏振非正交与入射角的关系及它对系统测角精度的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明, 随着偏振非正交及空间方位角的变大, 系统测量误差变大, 且Wollaston棱镜偏振非正交对系统测角精度的影响较大; 当方位角为3°, 偏振非正交为10′时, 测角误差为30″。最后, 通过分析偏振非正交的产生原因, 改进了原有光源扩束系统, 改善了偏振非正交对系统测角精度的影响, 减小了测角误差。本文的研究成果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。

为了实现椭偏参量ψ和Δ的高速、高灵敏测量, 建立了一种测量成本低、重复性好和便于工业化集成的椭偏测量方案。本文对弹光调制型椭偏参量测量系统进行了原理分析, 针对弹光调制器的工作模式及调制光信号特点, 设计了基于现场可编程门阵列的数字锁相数据处理方案。现场可编程门阵列提供弹光调制器工作的信号源, 并控制AD采样; 同时产生正弦和余弦参考序列, 并完成直流项、一倍频项和二倍频项的同相分量和正交分量的提取, 进而求解出椭偏参量。利用搭建的试验系统对SiO2薄膜厚度为3.753 nm的硅片样品进行了实验分析。实验结果表明, 采样时间为20 ms时, 椭偏参量ψ和Δ的平均值分别为9.622°和168.692°, 标准偏差分别为0.005°和0.008°;采样时间设置为200 ms时, 椭偏参量测量平均值与20 ms的非常接近, 标准偏差减小, 并且都在0.001°量级, 揭示了本系统具有较高的灵敏度和较好的重复性。

为了实现可控环形焦斑的整形, 提出了一套基于单压电变形镜的整形方法。首先结合波前衍射理论和随机并行梯度下降算法模拟迭代出环形焦斑整形所需的调制相位, 进而利用波前传感器探测光束的波前信息, 控制变形镜重构目标光斑对应的调制相位, 实现聚焦光斑的整形。搭建了一套基于62单元单压电变形镜的光斑整形实验平台, 采用焦平面上的CCD记录远场聚焦光斑。实验结果表明, 该方法实现了对不同直径(0.32, 0.4, 0.6 mm)和宽度(0.05, 0.08, 0.1 mm)环形焦斑的整形, 可有效应用于激光束整形。

飞机载荷参数测试对保障飞行安全至关重要, 光纤光栅传感器凭由诸多优势在不断尝试应用在其中。为了实现对结构应变的精确测量, 同时排除温度带来的影响, 通过对基底及光栅刻写工艺的特殊设计, 实现了温度解耦增敏式光纤光栅应变传感器, 并对基底进行有限元分析。在10～60 ℃的温度范围内, 该新型传感器温度灵敏度为45 pm/℃, 较裸光纤光栅增敏4.5倍, 线性度良好。在MTS拉伸试验机上测试拉伸试验件在0～700 με条件下传感器特性, 灵敏度为1.46 pm/με, 较裸贴方式增敏1.4倍, 线性度良好。传感器温度误差小于0.1 ℃, 应变误差小于3 με。实验结果表明, 传感器解耦性能良好, 与理论分析相符, 满足飞机载荷谱测试的应用背景。

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度, 设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合: 将总长度为1.2 m的单模光纤部分制备成长度为2.7 cm、锥腰直径为30.1 μm的锥形微纳光纤, 并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头, 实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器; 将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系, 实验测得室温下磁场强度在25~50 mT时, 磁场传感的灵敏度为0.301 14 nm/mT; 在磁场强度为0, 温度由25 ℃升高到30 ℃时, 温度传感的灵敏度为0.518 86 nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。

在远距离目标轨迹测量系统中, 当前的长焦相机由于CCD尺寸限制一般视场角度较小, 无法实现对目标的可靠捕获。在对比当前的几种大视场拼接成像方法后, 针对远距离目标测量系统的要求提出了一种通过控制单个相机进行圆锥旋转来模拟4相机阵列实现大视场成像的方法。设计了实验样机对该方法进行验证。首先根据该成像方法设计了相机运动控制方案和相应的机械结构, 然后设计了相机的触发控制以及图像数据的传输和处理流程, 最后使用该样机进行了实验。实验中样机经校准后采集到了相对位置正确的子视场图像, 并拼接获得了大视场图像。使用视场角度为1.02°的小视角相机, 实现了4个有一定程度重合的子视场2×2拼接, 最终获得了1.93°的大视角。该方法为远距离目标测量系统中的目标捕获子系统设计提供了新思路。

光电工程中探测器接收的光强包括透射光和大气前向散射光。雾和大气气溶胶粒子的前向散射增强了透射光, 从而导致测量的衰减比实际衰减小。本文采用Mie散射理论, 根据气溶胶谱分布以及雾滴的谱分布模型及其与能见度的经验关系, 计算了可见光到中波红外波长的前向散射修正因子。详细分析了激光在气溶胶和雾衰减中前向散射修正因子随粒子平均半径、能见度和波长等参数的变化关系, 并拟合出前向散射修正因子随粒子平均半径和视场乘积的经验关系式, 在10°视场内平均残差小于0.02, 可为相关光电工程提供参考。

频率选择表面雷达罩能有效提高飞行**的隐身性能, 而复杂不可展开曲面上频率选择表面的加工存在技术难题。本文利用CST仿真软件, 分析了基于Y-型单元结构的二维无限大频率选择表面的电磁传输特性, 同时构建三维雷达罩内置相控阵天线模型, 分析了不同扫描角度下曲面雷达罩的透射率和瞄准误差, 从理论上论证了方案的可行性。在此基础上, 提出了一种基于多自由度激光机器人与旋转台联动的一体化曲面厚屏频率选择表面雷达罩加工方案。微波暗室测试结果表明, 制备的共形曲面FSS雷达罩带内透射率达到80%左右, 带外透射率低于10%, 展示了良好的电磁滤波特性。这种工艺能够满足各种大型共形曲面FSS雷达罩的一体化加工需求。

柔性铰链是高精度柔性机构的关键部件, 其运动精度与运动范围影响着柔性机构的性能, 本文对圆弧柔性铰链进行了柔度矩阵推导, 并依据柔度方程进行优化设计。采用结构矩阵法建立了圆弧柔性铰链的柔度方程, 对矩形截面的翘曲抗扭刚度进行推导, 得到了约束扭转状态下的扭转柔度近似方程。为相对长度较小铰链的扭转刚度精确求解提供了依据。对比理论计算结果与有限元分析结果, 结果显示扭转柔度的最大相对误差在10%左右, 其余方向柔度相对误差低于6%, 验证了柔度方程的准确性。采用正交试验直观分析法得到柔性铰链各设计参数对转动刚度的灵敏度, 并利用多目标遗传算法对柔性铰链的转动柔度以及轴向刚度两个目标进行了参数优化。通过优化结果与设计经验选取参数的对比, 发现优化后圆弧柔性铰链的弯曲柔度提升了5.12%, 同时铰链的轴向刚度提升了4.72%, 证明针对圆弧柔性铰链的优化设计具有明显效果。

玻璃精密模压成形是一种高效率、绿色环保的先进光学元件制造技术,近年来得到了飞速发展。本文首先介绍了光学元件的需求与种类, 提出玻璃精密模压成形技术存在的问题。综述了国内外近年来精密模压成形光学透镜的重要研究进展, 其中包括光学玻璃材料、模具材料与涂层、模具加工、模压过程仿真以及各种参数对透镜质量的影响。阐述了光学模压成形元件的坯料、镀膜技术和冷加工技术、成形元件的残余应力分布以及折射率、模具与玻璃间摩擦效应、模具的补偿技术、成形透镜质量的预测、模压技术的其他应用等。最后,对未来光学玻璃精密模压成形趋势进行了预测。

为了更好地对三十米望远镜三镜, 即巨型科学可控反射镜(Giant Steerable Science Mirror, GSSM)的抖动(Jitter)特性进行研究, 利用信号的复数表达分别分析了时域积分与频域积分的特性, 明晰了二者之间的关系, 并从积分精度的角度上, 选择频域积分作为GSSM Jitter 数据的处理方法。同时, 对比了高精度编码器以及高精度加速度计对抖动测量的适用性, 验证了使用加速度计测量的合理性。针对 GSSM 内部振动的影响, 选择频响函数法测量内部作用力。最后, 对GSSM缩比模型进行了Jitter检测, 得到镜面方向Jitter 为0.079 7 μm, 方位轴方向为14.143 2 mas, 俯仰轴方向为20.747 5 mas, 内部作用力为0.003 3 N。

为解决载气式、超声振动和惯性力等现有微输送方法在较宽输送速率范围内难以克服的角形金属粉体堵塞难题, 本文研究以超声驻波场声辐射力为驱动力, 通过悬浮分散微喷嘴内密集态粉末颗粒, 实现金属粉末的稳定微输送。以激光熔覆技术中常用且易堵塞的100目、200目和300目角形铬粉和200目角形钛合金粉为对象, 进行脉冲式和连续式两种模式的微输送精度和稳定性实验研究。实验显示, 300目角形铬粉单脉冲输送质量可控范围为0.4~16 mg且连续输送速率可控范围为6.0~65 mg/s; 脉冲微输送质量的变异系数随微喷嘴内径的增大而大幅降低(小于2%)、连续输送速率的变异系数均低于6%。实验结果表明, 声辐射力驱动微米级角形金属粉末具有较大的输送速率可控范围、输送精度、稳定性和多种角形金属粉末的普适性, 可从根本上解决角形粉末喷嘴微输送的堵塞问题。本文研究结果也可为其它尺度金属粉末和非金属粉末的微输送提供参考。

针对高深宽比非导电硬脆材料(如石英玻璃和陶瓷)微结构的加工需求, 对微细电解电火花切割加工方法进行了深入研究。首先, 提出了使用旋转螺旋微工具电极的电化学放电切割方法, 并对切割缝宽模型进行了讨论; 其次, 对旋转螺旋电极电解电火花切割加工工艺进行了深入的试验研究, 试验研究了加工电压、脉冲频率、占空比和主轴转速这些关键工艺参数对切割加工精度的影响。实验结果表明, 缝宽随着施加电压和占空比的增加而增加, 随着频率、主轴转速和进给速率的增加而减小。最后, 通过优化后的参数成功加工出缝宽为135 μm的微缝阵列、复杂的封闭微结构以及深宽比达6∶1的微图形结构。由此表明该方法是一种可有效加工高深宽比绝缘硬脆材料微结构的新工艺。

机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件, 其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度, 是影响机床精度提升的最重要因素。因此, 在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响, 对于提高机床的热态特性十分重要。在过去的近一个世纪时间中, 国内外众多学者针对主轴热设计方法开展了研究探索, 基于热设计的过程可以分成三部分内容: 热态特性分析方法, 热设计与优化方法和热态特性试验方法。先通过主轴热态特性(如温度场分布、热变形、热平衡时间等)建模与分析获取必要的参数, 然后以此为基础开展主轴结构设计优化、材料设计优化和冷却系统设计等热设计措施, 获得较佳的主轴热态特性, 最后通过热态特性试验来校验分析和设计优化的结果, 整个过程循环直至达到满意结果为止。本文以此为脉络展开, 分别探讨了三部分内容的国内外典型研究现状、主要研究内容和所存在的优缺点, 并对未来的研究趋势进行了展望。

针对传统常力机构存在的运动副间隙、装配误差和摩擦磨损等问题, 设计了一种基于柔顺机构的常力微动平台。平台利用直梁正刚度和双稳态梁屈曲行为产生负刚度来实现其零刚度特性。平台由对称的直梁、双稳态梁和刚性连接块组成, 直梁和双稳态梁通过连接块并联连接。采用伪刚体法和椭圆积分法相结合的建模方法, 建立反映常力平台力学性能的理论模型。通过与有限元分析结果进行比较, 分析结果显示所建立的模型能准确反映常力平台的力学性能。基于所建立的力学模型, 提出一种提高平台常力运动范围和承载能力的优化设计方法。制作样机对该平台力学性能进行实验测试, 实验结果表明, 平台能在输出位移范围为 ［0.6~1.7］mm内能够保持约48 N常力, 证明了常力平台设计思路的可行性、所建模型的准确性和优化方法的有效性。

同每个像素曝光开始及结束时间相同的传统科学级CCD相机相比, 近年来出现的卷帘快门(rolling shutter) sCMOS相机工作时每个像素的曝光开始及结束时间不同, 曝光时间相同, 因此需要评估sCMOS相机像素之间曝光开始及结束时间不同对空间碎片测量精度的影响。首先测试了卷帘快门sCMOS相机的工作时序和最大延迟时间, 并得出曝光不同步的改正公式, 再以激光卫星为目标, 测试了两种典型观测模式下空间碎片的天文定位精度, 并对应用曝光不同步改正前后结果进行对比。测试结果表明sCMOS相机卷帘快门的工作时序与理论一致, 边缘曝光延迟最大10 ms; 实测表明恒星位置内符合精度优于2 arcsec, 目标天文定位精度优于3 arcsec。sCMOS相机能够用于空间碎片观测, 能够实现较高的位置测量精度。

化学机械抛光(Chemical & Mechanical Polishing,CMP)工艺已运用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)中, 并逐渐成为研制高品质微纳器件不可或缺的一道关键技术。区域压力调整、抛光终点检测等技术已经引入到CMP工艺, 确保片内不均匀性(Within-wafer Nonuniformity, WIWNU)小于5%, 同时有效减小“蝶形”和“腐蚀”等抛光缺陷。CMP在MEMS领域中的运用工艺过程更为复杂, 抛光对象更为多元, 表面质量要求更高。结合硅、介质层、石英、锗、铂和聚合物等自行开发的CMP工艺以及抛光后清洗处理, 详细讨论和阐述CMP工艺如何运用于MEMS领域。实验结果表明, 采用CMP工艺, 结合抛光液改进和兆声清洗, 不仅可以实现薄膜的全局平坦化, 而且可以获得高品质的超薄基底、无损的硬质应变薄膜和用于低温直接键合的表面粗糙度小于0.5 nm键合表面。CMP 技术是研制高品质的可应用于MEMS 器件的基底和薄膜的有效手段。

在激光陀螺谐振腔上精确装配微小光学器件合光棱镜和光电管的过程称为合光, 它是激光陀螺制造过程中的关键环节。传统的人工合光装配效率低、质量一致性差, 已不能满足激光陀螺的生产需求。因此, 本文在分析合光原理的基础上, 开发一套由合光机构、信号处理、视觉检测及控制模块等组成的自动合光装配系统。根据合光装配特点, 设计了双臂协同运动的合光机构, 保证操作精准度的同时提高装配效率。激光陀螺合光信号易受干扰, 提出采用Sallen-Key低通滤波器对合光信号进行滤波处理, 有效地滤除了残杂噪声。控制模块通过机器视觉辅助完成合光棱镜的粗调, 采用层次分析法综合多个评价参数确定光学器件的最佳位姿, 实现合光装配自动化。试验结果表明, 开发的激光陀螺合光装配系统能够成功地完成光学器件的精确装配。

为了提高动态条件下星光导航系统星斑质心定位精度, 本文提出了一种新的模糊星斑复原算法。首先, 分析了星斑图像退化模型, 得出了星斑质心定位精度与星斑信噪比呈正相关的关系。对于载体角运动和载体振动两个因素引起的模糊星斑复原过程分成粗级复原和精级复原两个步骤。接着分析了噪声对拉东(Radon)变换的影响, 提出基于灰度拉伸的改进Radon变换算法进行粗复原。最后, 根据清晰星斑的梯度分布稀疏先验正则化, 利用迭代盲复原算法对星斑进行精复原。仿真实验结果表明, 本文提出的两步模糊星斑复原算法较传统算法复原后星斑峰值信噪比(PSNR)提高30%, 质心定位精度提高55%。

结核杆菌医学涂片大多具有观察区内容稀疏不均匀、杂质较多的特点, 使用自动显微镜检方法进行图像采集时, 会出现清晰度区分困难、效率低下、甚至聚焦评价失效的问题, 为提高自动镜检的效率和准确度, 本文自主搭建了显微视觉计算机自动检测系统, 对结核杆菌涂片的自动聚焦技术进行系统的研究。首先, 对比研究11种常用聚焦函数对结核杆菌镜检玻片图像聚焦评价的优劣, 并分析了聚焦成功和失效的原因。在综合分析各聚焦函数对结核杆菌涂片的聚焦效果基础上, 提出了一种基于Tenengrad的改进型聚焦评价函数, 通过改进内容像素的聚焦权重提高聚焦准确度, 优化图像处理算法来提高图像采集效率。实验结果表明: 改进型Tenengrad聚焦函数FTen-Q在结核杆菌涂片的各类视野图像评价方面具有高灵敏度和准确度, 其聚焦成功率和运算效率分别提高了13.884%和17.616%, 可以满足结核杆菌涂片类非均匀涂片的显微视觉自动检测应用要求。

针对处理大数据量的三角网格模型会给计算机带来较大压力的问题, 本文提出了一种基于遗传算法的三角形折叠简化方法。先求取三角形重心, 用重心的三个坐标值与初始化的三个步长进行计算, 得到新点坐标, 重复多次得到顶点种群, 利用遗传算法求取适应度值最小点, 修正后得到最优折叠点, 最后依照简化误差对三角形排序并根据输入的简化比进行折叠简化。本文方法的适应度函数采用简化误差和三角形规范化系数之商。采用本文方法对花朵和瓶子的三角网格模型进行简化, 体积变化率分别为0.010 6%和0.2%, 规范化系数分别提高了11.0%和4.56%, 优于其他方法。实验结果表明本文方法在有效简化模型的同时, 既能保形又能提升三角形的质量。

由于原始TSDF(Truncated Signed Distance Function, TSDF)模型仅考虑相邻时间上的关联, 误差将不可避免的累积到下一时刻, 无法构建全局一致的地图。为了实时精确的建立大场景稠密3D地图, 对TSDF模型进行了改进。首先, 构筑相机位姿模型和加权融合3D点截断信息的TSDF模型, 用于准确表示创建物体的表面。其次, 提出一种改进的回环检测方法, 并将其与随机蕨类彩色图像编码化相结合, 进而优化TSDF模型, 即混合优化位姿模型。最后, 使用g2o图优化库解算约束函数, 建立数据集间的优化边。实验结果表明: 混合优化位姿模型能识别曾到达区域, 特别在较大场景下使用可以得到更加准确的相机轨迹和地图。采用TUM数据集中的fr1/xyz、fr1/room、fr1/desk对所提算法进行检验, 结果表明该方法能够使相机轨迹的均方根误差分别下降0.59 cm, 3.14 cm, 0.94 cm。在室内环境和公开数据集上的实验结果证明了所提算法的有效性和准确性。

为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率, 满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求, 本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法, 以适应实验设备的不断更新换代, 避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求, 提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系, 采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法, 确保自适应光学系统的实时性与准确性, 避免资源冲突和浪费; 采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件, 可在0.6 ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后, 使用该软件进行自适应光学校正: 仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38 μm降为0.95 μm, 均方根误差由0.66 μm降为0.12 μm; 液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44 μm, 均方根误差为0.02 μm, 计算总延迟为0.378 ms。由实验结果可知, 本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正, 在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势, 为后续自适应光学实验提供保障。

天宫二号紫外前向光谱仪是一种对全球中层大气进行大气痕量气体垂直分布探测的新型光谱仪, 在对大气痕量气体进行反演中, 需要高精度地计算观测大气的高度参数等几何位置参数。本文针对该光谱仪的几何成像特点, 设计并提出了一种高精度的大气高度的计算方法。首先, 计算传感器坐标系下的观测矢量; 其次, 利用平台的轨道参数、姿态及成像时间等成像几何参数, 推导出传感器坐标系到地心固定坐标系的转换矩阵, 同时将观测矢量转换到地心固定坐标系下; 再次, 以标准地球椭球体为基准, 建立经过临边切点的虚拟椭球体模型, 并计算切点的地理坐标; 最后, 依据切点坐标推导出切点的临边高度。与理论值对比分析, 在相同地球临边高度对应的散射光谱幅亮度分布保持一致, 并且与美国OMPS载荷反演的O3结果进行定位误差分析, 高度误差小于1 pixel, 在2 km范围内, 从而验证了本文所提算法的可行性和正确性。

线阵激光成像雷达兼具激光测距和线阵成像的优点, 是空间失稳目标远距离精密测量的重要工具, 其获取的线阵图像既能用于运动估计也能用于空间目标三维测量。为模拟不同平面分辨率线阵激光成像雷达对空间失稳目标的数据采集, 本文根据线阵激光成像雷达的成像机制及空间失稳目标的运动规律提出了一般性的空间失稳目标线阵激光成像建模方法, 为不同地面验证方案提供了数据支持。同时, 为优化雷达参数选取, 本文通过计算单位区域特征获取率提出了一种基于数据采集完整性评估的线阵激光成像雷达参数优化方法, 实验分析了与成像分辨率相关的性能参数对多种运动形式空间失稳目标数据采集的完整性。实验结果显示数据采集完整性与线阵规模及采样频率正相关, 在线阵规模达到100元以上、采样频率200 Hz以上, 与空间目标自身运动形式几乎无关, 建立的对应关系将为参数优化提供指导和参考依据。

为实现精确的红外-可见光视频序列的自动配准, 提出了一种新的基于目标轨迹线匹配的配准方法。首先, 利用运动目标检测技术提取目标前景, 并由基于相关滤波器(KCF)的多目标跟踪算法对每个前景顶点进行跟踪, 进而获取每个目标的运动轨迹。此后, 为每条轨迹线建立归一化运动方向描述子与归一化运动幅度描述子, 通过时序分析、方向描述子匹配及幅值描述子匹配建立分步约束的匹配机制, 完成轨迹线匹配工作。最后, 采用迭代更新的方式获取最佳全局配准矩阵, 实现对异源视频的配准。在LITIV数据库上的9组视频上进行测试验证, 实验的结果表明: 本文配准算法的重叠率误差一般小于0.2, 接近或已超过手动的Ground-Truth矩阵。通过充分利用目标的运动信息, 该算法实现了精确的红外-可见光图像序列配准。

针对当前多级模糊熵算法在分割人体红外图像时, 存在划分数需人工指定, 全局划分导致熵的信息度量精度受背景干扰, 分割精度不高等问题, 提出了非监督层次化模糊相关分割。首先采用熵率法将图像划分为若干超像素, 确保区域一致性, 提高后续处理效率; 随后, 用准确度量划分适当性的模糊相关来描述图像, 构建模糊相关图割2-划分算子, 提高层次化分割中单步分割的精度。2-划分算子的核心思想是利用提出的递推计算策略, 快速搜索最大模糊相关时目标和背景的划分概率, 并用其来设置图割的数据项, 实施超像素的模糊相关图割2-划分。最后将2-划分算子与自顶向下的非监督层次化分割策略相结合, 迭代地对目标超像素区域实施2-划分, 自适应确定划分数, 获得人体目标。实验结果表明: 较常用算法, 该算法不但能自动确定划分数, 而且分割精度还提高了约18%, 运行时间约为3.8 s,能有效用于人体红外图像分割的工程实践中。

针对铁谱图像磨粒识别中异类信息综合利用率较低的问题, 提出多层次信息融合的铁谱图像磨粒识别方法。首先, 在铁谱图像二值化分割的基础上进行二值滤波, 结合彩色铁谱图的R、G、B三分量, 实现铁谱图像的彩色滤波。其次, 以实际采集的磨粒图像样本为例, 提取滤波后二值图像的形态特征, 以及滤波后彩色图像的颜色特征; 在特征层利用PCA对异类特征进行维数约简, 并结合SVM和k-fold交叉验证, 实现形态特征和颜色特征的特征层融合; 在决策层将异类特征的SVM概率输出结果作为D-S证据理论的基本概率分配函数, 实现形态特征和颜色特征的决策层融合。通过与形态学滤波结果对比, 验证了本文提出滤波方法的优越性; 其次, 不同层次的信息融合结果表明, 与单独使用颜色特征和形态特征相比, 异类信息融合后可实现优势互补, 有效提高故障磨粒的识别准确率。