提出了一种基于单线阵CCD相机的坐标测量系统。将相机的探测光幕面和激光器的光幕面设置在同一个平面内, 投影板被激光器照亮, 为相机提供具有一定亮度的探测背景。当两发弹丸同时穿越由激光器和线阵相机共同组成的探测光幕面时, 会挡住激光器投射在投影板上的部分光线, 并在投影板上留下两个弹丸的投影。相机采集到两个投影的影像和两发弹丸自身的影像, 并通过计算机图像处理对两种影像加以区分和位置识别, 得到弹丸在CCD器件上的成像点和弹丸在投影板上的投影点中心的位置坐标, 然后再根据激光器发光点和探测镜头主点位置等系统参数, 最终便可求解得到两发弹丸的着靶坐标。结果表明, 所提出的测量原理是可行的, 测量误差在靶面面积为0.5m×0.5m时约为1mm, 如果进一步增大测量靶面面积, 则可以满足现有靶场的测试需求。

为了分析抛光粉粒径对材料去除效果的影响, 选用不同的平均粒径以及不同比例混合氧化铈抛光粉分别对K9玻璃进行了抛光试验。对抛光后的工件表面粗糙度及去除量进行了定量研究。结果表明, 在试验条件相同的情况下, 不同平均粒径的抛光粉, 粒径越小, 抛光后的元件表面粗糙度越好。从使用不同比例的混合抛光粉试验中可以看出, 粒度的均匀性是影响工件表面粗糙度的重要因素。结合抛光粉粒度分布图和试验结果可以看出, 抛光粉粒子的分布范围越小, 以及各粒径大小分布在峰值附近的粒子所占体积百分比越接近, 加工后的工件表面粗糙度越小。

对由Shupe效应引起的误差进行了理论分析, 光纤环径向温阶会产生光纤陀螺零偏漂移。设计和完成了测量环境温度对光纤温度的影响试验, 环境温度变化率与Shupe效应误差存在线性关系。在此基础上, 设计和完成了在测量环境温度变化时光纤陀螺输出的试验, 分别使用环境温度变化率的一阶、二阶和三阶项对陀螺输出的变化趋势进行建模, 对模型的有效性进行了验证。结果表明: 一阶模型与二阶、三阶模型相比, 模型更简单、稳定性更高, 能够准确地反映由Shupe效应引起的误差值, 补偿效果好, 与理论分析结果相符。

热传导方程的复杂性给研究激光热损伤等问题带来了困难。随机模拟算法将热传输看成是随机的化学动力学过程, 算法容易实现, 适用于复杂系统随时间变化的模拟。以固体硅为例, 利用该算法计算了高斯激光辐照硅表层的热传输过程, 对比了传统计算方法, 应用该算法探讨了吸收系数对热损伤的影响问题。计算结果表明, 算法的模拟结果符合激光辐照固体材料的实际规律, 可作为一种激光辐照固体热传输过程的研究方法。应用结果显示: 激光辐照初期, 材料的热损伤与波长有依赖关系, 吸收系数较小的材料能减小对基底的热损伤概率;激光辐照后期, 减小吸收系数对热损伤的影响不明显。

光学摆镜是某红外目标干扰模拟器的核心部件, 要求光学摆镜运动位置控制精度高、响应时间短。在系统建模和仿真分析的基础上, 提出了一种光学摆镜伺服控制系统的设计和实现方法。光学摆镜伺服控制系统是以DSP为核心, 采用了位置控制回路和速度控制回路双闭环数字PID算法, 利用有限转角力矩电机作为控制系统的执行机构, 使用高精度旋转变压器作为控制系统的测量部件。实验结果表明, 该伺服系统控制精度高, 响应时间短, 具有很好的工程应用前景。

提出了一种外域包络和网格识别的光线追踪离散方法。将镜面单元安装误差等效为刚体的空间旋转运动, 基于光线追踪法推导了引入安装误差后的镜面反射聚光模型, 同时结合镜面面型误差以及跟踪误差等影响因素, 建立了更为全面的聚焦能流分布数学模型。编制了Matlab程序, 在验证数学模型正确性的基础上, 以25kW聚光器为对象分析了结构特征及尺寸、镜面单元安装误差等对焦平面能流分布的影响。结果表明, 镜面单元安装误差对聚焦能流密度峰值及分布特征影响显著, 而结构特征及尺寸对其影响较弱, 可适当增大透风间隙来改善抗风性能。所建立的数学模型能为聚光器镜面单元安装以及吸热器匹配设计等提供参考。

传统采样需要的采样间隔小, 当信号过长时会增加采样量, 消耗过多的时间, 占用更多的存储空间。提出了以Daubechies小波变换基作为稀疏变换基, 用高斯随机矩阵作为观测矩阵, 采用基于 Dice匹配准则的正交匹配追踪算法作为恢复算法对图像进行重建。在分析了正交匹配追踪算法的特点后, 提出了一种基于 Dice匹配准则的改进的正交匹配追踪算法。该算法在原子匹配过程中将几何平均值用算术平均值替代, 使重要成份在向量中的作用更加突出,能更准确地从字典中挑选出与残差向量最匹配的原子。仿真结果表明, 该算法在相同的观测条件下, 能减少重构误差, 可将图像的重构质量提高2%左右, 重构概率提高7%左右, 有较高的应用价值。

为了使LAMOST(大天区多目标光纤光谱天文望远镜)能够准确运转, 需要对焦面板上光纤的位置进行检测和标定。在这一过程中, 还需要对由前照法拍摄后所提取的光斑位置与单元实际位置进行匹配。在研究位置匹配的过程中, 提出了一种经改进的以背照法［1］中的匹配方法为基础的新型匹配方法--最小值匹配法,有效地解决了原匹配方法在前照法检测过程中光斑数量众多、位置随机、计算量大等问题。实验证明, 最小值匹配法的匹配正确率可满足LAMOST的使用需要。

可靠、有效的视盘分割对自动眼底病变诊断分析具有重要意义。提出了一种基于平滑滤波和CV模型的视盘分割算法。在利用投影法定位出视盘中心后, 首先采用Gabor滤波技术提取并移除视盘局部区域的主血管, 然后利用邻域信息通过插值运算填充被移除血管区域的像素, 采用边缘保留平滑滤波对视盘区域进行平滑, 最后利用基于区域信息的CV水平集模型分割出视盘的边界。该方法在MESSIDOR数据库上进行了测试, 平均分割准确率为0.83, 表现出了良好的分割性能。

提出了一种图像畸变校正与帧差法相结合的运动目标检测方法。首先利用实验测量和曲线拟合的方法对光学成像系统的畸变进行测量校正, 以满足运动目标检测的精度要求;然后将畸变校正方法应用在实时获取的视频图像帧中, 利用帧差法实现光学成像系统旋转运动时的运动目标检测。实验表明, 该算法可行、抗噪性好, 能够满足实时性需求。

为了实现光学零件厚度的非接触测量, 设计了一种基于电光扫描的非接触测量方法。采用电扫描技术控制光开关, 形成半径依次减小的环状光束, 经过锥透镜后在光轴上形成连续移动的光点, 当光点瞄准待测光学零件表面时, 反射能量出现峰值, 即定位了待测零件的表面, 进而获得光学零件的几何厚度。建立了测量平板零件厚度和透镜中心厚度的数学模型;从理论上探讨了该方法的测量范围和测量精度。结果表明: 设定锥面镜口径为100mm, 材料折射率为1.52, 当锥面镜的锥角从1°变化到40°时, 测量动态范围可以从5507mm变化到26mm;当测量范围为26mm时, 测量精度可以达到2.5μm。该方法可基本满足目前光学零件中心厚度的测量需求。

对薄膜测厚系统进行了详尽剖析, 从整体上论述了膜厚测量系统, 研究了测厚系统中薄膜测厚仪的关键硬件电路, 对薄膜测厚仪的软件流程进行了离散设计。以AVR单片机为核心处理器进行了数据采集和处理, 设计并生产出了在线式光学薄膜厚度测量与监控系统。通过与实际膜厚进行对比实验, 验证了薄膜测厚系统具有高精度、高稳定性和高可靠性, 可应用于实际工业生产。

在平行平板类元件透射波前的测量过程中, 在干涉强度图上有时会产生寄生条纹, 会给透射波前的测量引入较大的误差。阐述了寄生条纹的产生机理, 仿真分析了寄生条纹对透射波前测量误差的影响, 介绍了调节移除寄生条纹的方法。对一平板类透射元件进行了实验对比, 分别测量了在具有寄生条纹时和移除寄生条纹后的透射波前。根据对比结果可以看出, 该调节方法能有效地消除寄生条纹对透射波前测量的影响, 使测量结果能更真实地反应出元件透射波前的分布。

隧道二次衬砌性能劣化是影响隧道健康运营的主要病害, 对隧道二次衬砌进行监测是保证隧道健康运营的重要手段。应用埋入式光纤Bragg光栅应变传感器深入研究了隧道二次衬砌的变化。通过FBG(Fiber Bragg Grating)传感器在隧道内的布设及温度补偿技术, 对隧道断面的应变变化情况进行了分析。结果表明, 数据的曲线走势在一定程度上反映了隧道二次衬砌的变化, 为进一步的病害预报提供了有效的支持。

视频目标跟踪是当前计算机视觉领域中的一个关键问题。基于场景分类提出了一种视频目标特征的实时在线选择方法。离线时首先采用改进型的“空间金字塔匹配”算法完成先验视频场景的分类;然后采用不同的描述算法实现对目标和背景的特征描述, 通过对数形式的方差比计算出目标和背景的特征距离;最后融合均值和熵值对特征距离进行统计分析, 建立场景相关的描述子显著性排序。在此基础上, 在线时利用初始帧完成测试视频的场景判定, 结合当前场景下的描述子排序, 实时选择最优特征, 应用于粒子滤波跟踪系统, 在公开视频库上进行跟踪测试, 验证排序的正确性和选择机制的必要性。

提出了一种适用于新型偏振光谱仪调制器实验室装调的简易方法。介绍了该方法的理论依据, 基于该方法完成了调制器的实验室装调实验。为了验证该方法的有效性, 用装调完成的调制器搭建了新型偏振光谱仪实验装置, 通过测量得到了由调制器形成的载波信号, 并用该载波信号对实验装置的测量数据进行了解调处理。结果表明: 在有效测量波段内(525~700nm), 以卤钨灯为光源的平行光管直接输出光的偏振度＜10%;经过线偏振器起偏后, 输出光的偏振度值接近100%。与理论分析的结果一致, 验证了该方法的可行性。

针对鱼眼镜头所存在的畸变问题, 提出了基于张正友标定法的一种改进的两步标定法。该方法把作为解析解求解出来的初始参数用非线性最小二乘法进一步完善, 得到了内外参数, 提高了初始数值的鲁棒性, 并把切向畸变作为影响重建精度的考虑因素。实验结果与张正友的方法相比, 改进的两步标定法快速收敛, 并具有1.2σ的精度。