针对流场二维速度矢量分布测量的需求, 提出了利用交叉标记显示的光路设置实现羟基分子标记示踪速度矢量的方法。该技术中通过将标记激光束和显示激光片交叉布置, 在激光片平面内形成交叉标记点用于流场示踪。与传统的交叉网格实现速度矢量测量的方式相比, 该方法简化了实验光路, 有利于在恶劣环境中的应用, 并且得到的标记为近似圆点, 标记位置的识别更加方便。通过对交叉标记显示产生的标记点图像的位置进行模拟识别运算, 获得了影响标记点位置识别精度的因素和规律。利用单标记点实验设置, 获得了射流火焰流场速度矢量及其浮动值, 结果显示在存在火焰OH背景干扰的情况下, 速度测量不确定度小于2.2 m/s; 利用柱面透镜阵列, 实现了3×20个标记点的速度矢量分布测量。研究结果表明了交叉标记显示方法进行分子标记速度测量的可行性。

为了降低直下式背光的厚度并提升亮度, 设计了一种光学增亮膜。基于Snell定律设计了对单个LED发出光线起均匀照度作用的二维微结构曲线。该微结构曲线是把LED看做理想点光源设计并计算的, 但考虑到实际的LED是一个正方形发光面, 因此对该微结构曲线进行了优化, 提升了它对实际尺寸LED的均匀照度作用。根据LED的排布规律提出了一种正六边形蜂窝拼接排布方案, 并进行了仿真分析。仿真结果表明: 使用光学增亮膜的背光中心亮度提升了172.4%。根据微结构设计结果采用无掩膜直写光刻工艺制作了实际样品并进行了效果测试, 测试结果表明: 中心亮度提升了136.2%, 厚度降低了13 mm。采用本文设计的光学增亮膜可以有效地提高背光亮度同时降低背光厚度, 满足汽车抬头显示器的直下式背光亮度高、体积小的要求。

为获取光学平台多自由度微振动信息, 设计了一种基于平面镜双频激光干涉的三自由度动态微振动测量系统。该系统利用激光多普勒效应, 采用三个测量轴获得测量反射镜的三点位移信息, 计算出测量镜平动、扭转角、俯仰角信息, 实时检测三自由度的微振动情况, 从而为光学系统的微振动补偿控制提供基础。对微振动测量系统进行了不确定度分析, 建立了不确定度模型, 为进一步提高系统精度提供理论依据, 也为系统在校准和计量领域的应用奠定基础。实验过程中, 采用高精度地震计对待测平台进行同步测量, 与系统平动测量结果进行对比, 验证了系统的测量准确性。该系统的平动分辨率可达到5 nm, 扭转角分辨率为5.05 μrad, 俯仰角分辨率为4.69 μrad, 具有多自由度、非接触、高分辨、可溯源的优点。

光束扫描系统是激光雷达的重要组成部分, 决定了激光雷达的视场范围。为了增大视场范围同时保持一定的角度分辨率, 车载激光雷达中常采用多个半导体激光器作为光源, 而不同激光器的时间响应存在差异, 使激光雷达的不同测距通道之间产生测距互差。 Risley棱镜是一种常用的光束指向器件, 具有扫描范围大、指向精度高等特点, 在车载激光雷达的光束扫描上具备良好的应用前景。本文建立了Risley棱镜的光束指向角模型与扫描轨迹模型, 在此基础上合理设计了扫描系统的光机结构, 解决了Risley棱镜扫描不均匀的问题, 用单路激光光源实现了大视场的二维扫描, 水平视场角和垂直视场角分别达到360°和30.4°, 当激光器脉冲重频为1 MHz, 扫描频率为5 Hz, 扫描线数为30线时, 水平分辨率为0.05°, 垂直分辨率为1.0°。该系统的技术指标与主流车载激光雷达相当, 且消除了多路激光器之间的互差, 可有效提高激光雷达的整体测距精度。

为了进一步提高TiO2薄膜的光学特性和激光损伤阈值, 采用电子束蒸发技术在K9玻璃上沉积了单层TiO2薄膜, 并用Ar/O混合等离子体对样品进行后处理。通过研究薄膜光谱特性、表面缺陷密度、薄膜表面形貌、薄膜损伤阈值以及薄膜损伤形貌, 分析了等离子体后处理时间对TiO2薄膜激光损伤特性的影响。实验结果表明, 随着等离子体后处理时间的增加, 薄膜折射率及致密度提高, 物理厚度减少, 表面粗糙度下降, 表面缺陷密度先减少后增加; 在1 064 nm激光辐射下, TiO2薄膜的激光损伤阈值从未经等离子后处理的5.6 J/cm2提升至后处理20 min的9.65 J/cm2, 提升幅度高达72.3%, 因此能够更广泛更稳定地应用在激光器中。

为了在高温环境下测量角位移, 研制了一种基于光纤的耐高温增量式光电编码器。针对高温工作环境提出利用耐高温的光纤传输光, 在常温环境中采用FPGA处理增量式编码器的电信号, 并通过USB传输角度信息; 分析光源光束准直度对光电编码器的影响, 提出采用LED凸透镜光纤耦合的方式获得平行光; 最后, 使用自准直平行光管和23面体检测精度, 并对比LED凸透镜耦合方式和直接耦合方式的精度。实验结果表明: 该系统在100 ℃的高温环境下工作正常, 编码器头部外型尺寸为62 mm×42 mm, 分辨力为0.3″, 精度3σ=13.55″; 与LED直接耦合方式相比精度提高了20.8%, 满足高温环境下角位移测量的需求。

面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求, 提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题, 基于正则化理论框架和等晕区分块思想, 提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法, 研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题, 结合小波阈值滤波与非线性变换, 提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证, 实验结果表明: 当空变等级达到了30时, 恢复结果与原始图像的结构相似度在08以上, 信噪比提升10%以上, 信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时, 提高了图像的信噪比, 对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。

针对改善光学元件的波前梯度均方根指标, 在总结面形精度及面形分布对波前梯度指标影响规律的基础上, 提出了基于匀滑面形拟合加工的方法, 给出了该方法的基本思想和工作流程。首先, 对原始面形数据进行扫描计算, 标记波前突变数据。然后, 采用NURBS拟合算法重构相邻面形突变点之间的数据, 生成用于指导加工的面形数据。最后, 根据待加工面形数据选择相应参数进行面形加工。采用多件610 mm×440 mm口径K9材料平面反射镜进行实验验证。实验结果表明, 使用该方法进行数控加工, 在2~3个加工周期内可使波前梯度均方根指标从11 nm/cm收敛至7.7 nm/cm以内, 且面形几乎保持不变。

细径形状传感器在医学上有多种潜在的应用, 如乳腺肿瘤胸部穿刺针的定位、肠道内窥镜的形状显示、心脏血管导管的定位等, 其形状重建和末端定位精度一直是研究者关心的主要问题之一。为了提高光纤光栅形状传感器的形状重建精度, 本文研究了沿基材母线等间隔分布的FBG形状传感器的应变传递规律并对其进行实验验证。此形状传感器利用环氧树脂胶将FBG封装至镍钛合金丝表面, 形成FBG形状传感器的基材-黏结层-光纤-黏结层的四层复合材料结构。根据光纤光栅传感器应变传递力学简化模型, 推导出相应的平均应变传递率公式; 分别研究光纤至基材中心距、黏结层长度、厚度和弹性模量对光纤光栅传感器平均应变传递率的影响。实验结果表明, 封装后的光纤光栅传感器平均应变传递率在有效范围内随着基材长度的增加而增加, 黏结层外径的增加对其影响不大, 验证了理论模型的可用性。将应变传递率引入形状重建中, 改进了FBG形状传感器的形状重建算法, 末端相对定位精度由原来的3.5%提高到2.7%。

现有的高斯噪声信号发生器都是采用数学计算的方式生成随机数的, 这种方式不能实现真正的随机信号, 与实际噪声信号不符。本文提出基于量子随机数的高斯噪声信号发生器, 通过单光子探测器对选择路径的光子信号的探测作为随机数的来源, 实现基于真随机的高斯噪声信号发生器。将得到的随机数经过WGN高斯算法处理得到高斯噪声信号, 在FPGA中使用verilog语言实现。对产生的噪声信号进行幅度谱和功率谱分析, 结果表明产生的噪声信号幅度值在0~255之间变化, 幅度谱服从高斯分布, 噪声信号的功率谱在20 dB上下均匀波动, 服从均匀分布, 满足高斯白噪声的特性。与现有的噪声信号发生器相比, 基于量子随机数的实现方式, 其随机数来源清晰, 能够做到真正的随机性, 为实现真随机数的高斯噪声信号发生器提供了一种简易的方案。

为了实现大尺寸飞行器质心的测量, 提出了一种柔性质心测量方法。对该方法的重力作用线测量、坐标转换、质心合成等问题进行了研究并进行了不确定度分析。首先, 测量被测件在任意一个状态下质心在测量设备中的投影, 建立通过该投影的重力作用线并通过坐标转换将重力作用线转换到被测件坐标系下。然后, 将被测件旋转或倾斜任意一个角度, 测量该状态下重力作用线并转换到被测件坐标系中, 通过求得两条重力作用线的交点获得质心。最后, 采用蒙特卡洛仿真分析法对该测量方法进行了不确定度评定。仿真分析表明, 该方法的测量误差≤0.3 mm, 实验结果表明, 质心测量误差≤0.3 mm, 可以在被测件与测量设备相对位置关系未知的情况下实现质心的高精度测量。

为了提取高精度磨削干涉中的声发射信号特征, 实现砂轮磨削性能退化评估, 针对熔石英开展全寿命周期金刚石砂轮磨削实验, 基于小波包分析确定砂轮磨损敏感频段为低频段, 然后计算声发射信号在低频段的归一化能量占比, 再利用主成分分析对能量占比进行特征降维获得单值特征, 利用该单值特征绘制砂轮磨削性能退化曲线。研究结果表明, 监测特征能够清晰反映砂轮初期磨损、正常磨损和过度磨损三个阶段, 且监测结果不受加工参数影响; 砂轮磨削材料破裂尺度与声发射频率具有一定关系, 伴随砂轮磨损的加剧, 较大尺度破裂的比例上升, 造成65 kHz以下低频段特征的能量占比增大, 监测特征显著增加, 磨粒崩碎产生新的切削刃, 砂轮的去除能力有所改善, 监测特征数值回落, 但是, 不同样本的声发信号频谱差异性显著增加, 说明砂轮加工状态不稳定, 不利于精密与超精密加工中维持稳定质量的要求。砂轮形貌图像的白像素占比变化曲线验证了声发射特征对砂轮磨损状态判断的正确性。

为了解决在大尺寸非平整刚性衬底和易碎衬底上高效低成本批量化制造大面积微纳结构这一难题, 提出一种面向大面积微结构批量化制造的复合微纳压印光刻工艺。阐述了复合压印光刻的基本原理和工艺流程, 通过实验揭示了主要工艺参数(覆模速度、压印力、压印速度、固化时间)对于压印结构的影响及规律。最后, 利用课题组自主研发的复合压印光刻机, 并结合优化的工艺参数, 在3种不同的硬质基材(玻璃、PMMA、蓝宝石)上实现了微尺度柱状结构(最大图形区域为132 mm×119 mm)、微尺度光栅结构(最大直径为1524 cm的圆形区域)和纳尺度柱状结构(图形区域为47 mm×47 mm)的大面积微纳结构制造。研究结果表明, 提出的复合微纳米压印工艺为大面积微纳结构宏量可控制备、以及大尺寸非平整刚性衬底/易碎衬底大面积图形化提供了一种全新的解决方案, 具有广阔的工业化应用前景。

目前在三轴转台跟踪中缺乏对运动目标进行有效解算的实时方法, 而普遍应用的锁定横滚轴的地平式跟踪方法和锁定方位轴的水平式跟踪方法存在跟踪盲区问题, 为此提出了一种三轴角速度偏差最小方法。对三轴转台建立运动模型, 以各轴速度偏差平方和最小作为指标, 利用转台轴角位置、轴角速度和跟踪目标位移等参数, 建立运动模型的广义逆矩阵, 求解出唯一确定的三轴转角偏差, 将目标的空间指向变化平均分配到三个轴系, 实现对三轴转台的实时伺服控制。相比于地平式方法和水平式方法, 在跟踪越过盲区的目标时, MDTV方法可以大幅降低跟踪过程中转台的角速度和角加速度, 保证跟踪转台平稳运行。在跟踪旋转靶标时, MDTV方法的跟踪偏差最大值只有地平式方法的15.4%。试验证明该方法可以解决跟踪盲区问题, 能够提高设备的跟踪精度。

为了减小X-Y直线电机精密运动平台同步控制的轮廓误差, 提高系统的控制精度, 针对传统交叉耦合控制结构的不足, 提出多电机控制系统的轮廓误差主动补偿结构。首先, 以永磁同步直线电机为例分析单轴伺服定位跟踪误差, 指出跟踪误差和位置参考有关, 结合实际工况中参考指令的扰动, 将耦合补偿量最终统一为参考指令的校正加入到系统中, 提出轮廓误差主动补偿结构, 将轮廓误差补偿量分别补偿到各轴伺服的位置环和速度环, 并通过仿真和实验进行验证。结果表明: 采用主动补偿方法的X-Y两轴运动平台跟踪大曲率复杂轨迹的轮廓误差平均值为20.68 μm; 单轴跟踪误差最大值为70 μm。相比传统交叉耦合控制结构, 主动补偿结构轮廓误差精度提高了15.5%, 同时降低了单轴的跟踪误差, 并能抑制参考指令扰动。

针对星载激光通信端机伺服转动系统在轨期间多次锁紧/解锁需求, 提出了一种基于形状记忆合金(SMA)丝的可重复锁紧/解锁机构。首先, 分析了重复锁紧/解锁机构利用弹簧分力实现锁紧和SMA丝输出回复应力实现解锁的工作原理, 利用杠杆原理优化了锁紧力与锁紧位移; 其次, 仿真分析了锁紧力与解锁力之间的平衡关系, 以及锁紧力对整机模态的影响; 最后, 研制了原理样机, 实验验证了解锁力、解锁时间与供电电流的关系、重复锁紧/解锁功能, 以及高温、振动等航天环境对锁紧机构可靠性影响等问题。实验结果显示, 该机构可提供1 000 N锁紧力, 在输入12 V/3 A电源时, 最大解锁时间不超过2 s, 在环境温度90 ℃以下可保证稳定可靠锁紧, 并可实现多次重复锁紧/解锁。该机构具有轻小型、低冲击、可重复、低功耗优点, 满足星载激光通信端机多次锁紧/解锁需求, 应用潜力巨大。

为了分析径向温度梯度对轻量化反射镜面形精度的影响, 以某空间相机2 m口径轻量化反射镜为研究对象, 建立了反射镜有限元模型, 分析了不同分布形式的径向温度梯度对轻量化反射镜面形RMS的影响程度, 通过试验验证了仿真方法及结论的准确性, 研究了不同轻量化结构与径向温度梯度对反射镜面形精度的耦合影响。结果表明: 不同分布模式的径向温度梯度引起的面形RMS值最大可相差294倍, 且径向梯度引起的面形误差无法通过优化反射镜支撑方案的方式使其减小。不同轻量化结构的反射镜面形精度对不同分布模式的径向温度梯度敏感度不同, 三叶式削边和对称式削边的轻量化方式在特定径向温度场分布模式下, 会对反射镜热稳定性产生极不利影响。

针对空间站用光学仪器上微尺度力学敏感器件随机振动响应值过大的问题, 对该器件进行微尺度、精细化建模, 研究其力学特性, 并对其随机响应采取有效抑制措施。首先, 探讨了微尺度模型边界协调和微尺度有限元变分问题, 根据微尺度结构特点, 建立4种模型, 在整机中进行系统级随机振动仿真分析, 研究了4种模型微尺度结构的力学特性。接着, 在分析比较随机加速度响应值、位移响应值与应力响应值的基础上, 对力敏器件微尺度建模方法进行了深入讨论。然后, 对力学敏感器件采取了随机响应抑制措施, 并进行了仿真分析。最后, 对该光学仪器进行了力学试验、热试验和测试试验。结果表明, 该光学仪器功能正常, 微尺度结构随机加速度响应RMS值最大降低42.4%, 随机应力响应降低均在20%以上, 应力安全裕度均远大于零; 仿真与试验加速度响应结果最大相对误差均在10%以内。证明了所提出的微尺度结构截面四单元建模方法精准、可靠。

针对加工某微小装置的局部微尖槽形状精度难以保证的问题, 提出一种多工位尖角电极电火花成形的方法。以304不锈钢为工件材料, 选择纯铜和铜钨合金(W75%)作为电极材料并进行试验比较。为减小电极损耗和重复定位误差对加工精度的影响, 采用慢走丝电火花线切割加工多工位尖角电极, 然后利用多工位尖角电极电火花成形夹角为16°、深度为0.36 mm的微尖槽。结果表明: 采用较低进给速度, 恒速多次线切割的方法能制作出质量较好的多工位尖角电极; 尖槽成形精度随着工位数的增加而提高, 且相同工位数时由于铜钨合金电极的低损耗性能使尖槽成形精度更好。最终采用6工位的铜钨合金电极成形微尖槽角度为16.3°, 相对误差1.9%; 深度为0.356 mm, 相对误差1.1%, 形状精度也较好。该方法可以满足某微小装置中微尖槽部分的加工精度和使用要求。

为了实现轴承故障智能诊断, 对基于信息融合的机器人薄壁轴承故障智能诊断方法进行研究。首先, 采用声发射和振动传感器, 搭建了机器人薄壁轴承试验与多信息数据采集系统; 然后, 以薄壁单列角接触球轴承ZR71820为对象, 在轴承外圈、内圈和滚动体上分别制作点蚀、裂纹缺陷, 用正交试验法采集不同缺陷类型、不同当量载荷及不同转速状态下薄壁轴承在试验过程中的声发射和振动信号; 最后, 选取时域中均方根值和峭度指数及频域中均方根频率作为振动、声发射信号的特征参数, 分别进行了基于单一振动、声发射信号的薄壁轴承故障诊断, 并采用SOM与BP神经网络将试验过程中的振动和声发射信号的特征信息进行融合, 研究了基于信息融合的机器人薄壁轴承故障智能诊断技术。结果表明: 基于振动信号故障诊断的正确率为85.7%; 基于声发射信号故障诊断的正确率为81.0%; 基于BP神经网络信息融合故障诊断的正确率为93.5%; 基于SOM神经网络信息融合故障诊断的正确率为95.2%。基于SOM神经网络信息融合的薄壁轴承故障智能诊断比单用振动或声发射信号的诊断正确率分别高出9.5%和14.2%, 比用BP神经网络信息融合故障诊断的正确率高1.7%。

为了实现对亮度不均匀和含有复杂背景自然图像的快速准确分割, 本文提出一种结合Retinex校正和显著性分析的主动轮廓分割模型。通过引入Retinex校正, 获取图像中物体本身的反射分量, 可以抑制由非均匀光照带来的亮度不均影响; 另一方面, 经过Retinex校正后的图像更加客观地反映图像的本质, 确保了后续显著性信息提取的精确性, 使其更具实际指导意义。将显著性信息引入到主动轮廓模型之中, 有助于对含有复杂背景的图像进行有效分割。结合Retinex校正和显著性信息, 得到新的主动轮廓模型能量方程, 运用水平集方法指导曲线演化, 达到图像分割的目的。通过实验分析, 本文提出的主动轮廓模型可以实现快速、有效及鲁棒的图像分割。在MSRA数据库上平均处理速度为4.277秒/幅, F均值达到0.735。

为解决现有机载激光雷达点云分类方法存在难以在获得较高精度的点云分类结果的同时降低分类过程所需时间等问题, 提出了一种利用迁移学习的机载激光雷达点云分类方法。首先, 计算点云的归一化高程、强度和法向量三个特征, 通过设置不同邻域大小, 利用所提出的点云特征图生成策略生成多尺度点云特征图; 然后, 利用预训练的深度残差网络从每个点的多尺度点云特征图提取其多尺度深度特征; 最后, 为了实现快速地训练, 构建仅包含两层全连接神经网络模型, 再利用训练好的模型对点云进行分类。两组ISPRS提供的标准点云数据集的试验结果表明: 提出的方法所需训练时间少, 分类结果的整体精度为89.6%, 较ISPRS官网上所报道的最佳点云方法分类精度高4.4%。分类结果可为机载激光雷达点云的后续处理与应用提供可靠的信息。

为提高图像的可视化效果, 增强图像的局部细节信息, 提出一种结合引导滤波和非线性二阶特征的色调映射方法, 首先提取输入图像的亮度信息, 利用引导滤波器对亮度图像进行多尺度分解, 得到基本层和细节层图像, 其次, 通过引导滤波方法构造细节层的权重图, 对基本层利用Hessian矩阵构造一种非线性二阶特征, 再通过引导滤波方法构造基本层的权重图, 最后, 根据权重图对分解后的基本层和细节层图像实现亮度图像的重构, 然后恢复亮度图像的色彩信息, 获得最终的结果图像。实验结果表明, 该方法较为完整的保留源图像的局部细节信息, 具有良好的视觉效果。本文将Hessian矩阵用于提取基本层图像的高频信息, 可以更好地突出图像的边缘信息, 丰富图像的细节特征。与对比算法的客观指标相比, 该方法的质量分数提高了11.28%, 结构保真度提高了10.82%, 自然相似性提高了186.46%。

针对全卷积孪生神经网络SiamFC在目标快速运动、相似干扰较多等复杂场景下跟踪能力不足的问题, 本文引入SINT作为再检测网络对SiamFC进行了改进。本文算法在跟踪响应图出现较多波峰时, 启用精确度更高的再检测网络对波峰位置进行重新判定。同时, 本文采用了生成式模型构建模板来适应目标的各种变化, 以及高置信度的模型更新策略来防止每帧更新可能对模板带来的污染。在OTB2013上对算法性能进行了测试, 并选取了9个主流的目标跟踪算法进行对比, 本文算法的跟踪精确度达到了88.8%, 排名第一, 成功率达到了63.2%, 排名第二, 相比SiamFC有很大地提升。对不同视频序列的分析结果表明, 本文算法在目标快速运动、严重遮挡、背景杂波、光照变化和长期跟踪等场景下具有较强的准确性和鲁棒性。

检测点的布局优化是复杂曲面类零件加工误差检测的关键。针对由多张不同特征曲面复合而成的零件模型整体的自适应测点规划困难问题, 开展网格化自适应测点规划研究。将复杂曲面模型转化成细粒度的三角网格模型; 进而采用三角网格边简化方法进行自适应测点规划。利用局部多项式拟合和局部曲率估算技术, 实现网格顶点的自适应精简; 通过顶点替代法, 避免网格化离散误差的影响; 采用子集选择技术,提升简化效率。实验结果表明: 该方法不会引入网格化离散误差, 对网格化粒度不敏感; 在同样测点的情况下, 最大误差较均匀采样法减小32.8%, 较随机Hammersely序列法减小16.9%, 均值误差则分别减小28.7%, 18.5%。通过网格化能避免多张曲面间的协调处理困难问题; 规划的测点能较好地反映曲面的加工质量。

本文以表面连续的折线型边缘和小圆弧屋脊型边缘为研究对象, 提出了一种基于扫描点云数据的线轮廓提取方法。该方法通过构造万向切片从点云数据中提取包含线轮廓点的截面数据, 根据截面数据上线轮廓点两侧的分布形式, 定义了基于法向夹角分布规律的模式向量, 将截面数据的相邻点法向夹角序列进行等元素划分, 计算各组与模式向量的欧氏距离, 在欧氏距离最小的组内提取线轮廓点。为验证方法的准确度, 分别对直线型折线轮廓、弯曲折线轮廓和4个圆形屋脊轮廓进行试验, 并将提取的线轮廓点进行最小二乘拟合, 以线轮廓点相对拟合曲线的偏差评价方法的准确度。提取的直线轮廓点和曲线轮廓点的拟合标准偏差分别为0.076 mm和0.047 mm; 4个圆形轮廓点的拟合标准偏差不大于0.1 mm, 圆半径相对三坐标测量结果的偏差不大于0.1 mm。模式向量法适用于提取折线型边缘和小圆弧屋脊型边缘上的轮廓点数据, 具有计算简单, 适用性强的特点。当扫描仪准确度优于0.03 mm时, 模式向量法的准确度在0.1 mm的量级。

针对高斯过程回归在高光谱图像分类中计算量较大、分类精度较低等问题, 提出一种基于改进高斯过程回归的高光谱空谱联合分类算法。算法以最大方差为指标选取样本的子集缩小高斯过程回归参数求解的计算范围,采用平方根矩阵分解法对新添加样本进行模型结果预测, 有效提升运算效率; 算法以空间-光谱特征信息为基础, 在像元近邻空间中重新定义邻域像元空-谱关联距离, 将融入空间近邻信息的空-谱关联距离作为权值来度量邻域像元相似性, 加大同类地物归为近邻的概率, 从而提高地物分类的精度。在Indian Pines和Pavia University两组高光谱数据集上进行仿真实验, 实验结果可知, 与其他同类算法横向相比, 本文提出的改进算法在总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数等评价指标至少提高了2.3%, 1.4%和1.07%, 与改进前的模型算法纵向对比可知, 本文提出的改进算法在取得较高总体分类精度的同时, 大幅降低了算法的运行时间。

现行的疲劳监测设备造价昂贵, 便携性差且有效性不高, 正面疲劳监测方案极大地影响了使用者的工作效率, 因此进行实用且准确的疲劳监测方案研究十分有意义。提出了新型的侧眼眼动疲劳监测眼镜并结合N-Range图像处理算法提高眼部定位的鲁棒性与疲劳监测的准确率。在侧眼图像处理过程中, 用N*N的卷积核及Sigmoid函数计算激活图, 采用OTSU阈值分割法对激活图进行阈值分割, 将小于阈值的像素点激活值置于0。据此计算水平方向与垂直方向的标准差投影, 从投影图中通过平均阈值法定位出人眼区域, 随后通过计算人眼高宽比表征眼部闭合度, 采用基于PERCLOS的P80疲劳评测方法为设备的使用者进行实时的疲劳分析。实验结果表明现行设备所存在的问题, 通过我们的方案得到了很好的解决, 即使在复杂的环境中, 本文的方法仍然表现出色, 疲劳判决准确度达到了94%。疲劳监测眼镜与N-Range算法可以实现在不影响使用者作业效率的前提下, 仍然保持着较高的疲劳监测精度, 具有较高的实用价值。