光照一致性是增强现实中实现虚实融合的重要方面, 有效的光照方向估计方法对增强现实系统具有重要意义。为了实现增强现实虚拟人的光照一致, 利用增强现实虚拟人具有相对固定目标的特点, 提出了一种新的光照方向估计方法。该方法通过对目标进行三维重建获取法线数据, 克服了一般光照方向估计方法中难以得到目标的法线信息的困难。为了提高系统的运算效率, 把对连续图像的分析改为对离散的采样点数据进行分析。实验证明了该方法在增强现实虚拟人的光照方向估计中是可行性的。

设计了基于光纤白光干涉测量技术的折射率测量仪, 用来测量尺寸较小、形状简单的透光材料折射率。与传统折射率检测方法相比较, 光纤折射率测量仪具有设备尺寸小、测量精度高、操作简易、便于携带等优点。实验测得某种石英玻璃的折射率值为1.464, 与标准值偏差为0.02, 误差为1.4%; 测得某种普通玻璃的折射率为1.502, 与标准值偏差为0.002, 误差为0.1%; 测得K9玻璃的折射率为1.507, 与标准值偏差为0.009, 误差为0.6%。

表面粗糙度的测量与评定一直是机械行业的重要课题。提出了一种基于机器视觉检测工件表面粗糙度的方法。首先利用显微镜获取端铣、刨、车不同等级下工件表面的序列图像, 采用方差聚焦测度算子对序列图像中的每一个点进行高度计算; 然后再利用高斯插值法计算出微观物体表面的准确高度, 重构其表面微观形貌; 最后计算出各个工件表面的三维粗糙度。通过对实验数据的分析和讨论, 可以确定出表面均方根偏差Sq、表面偏斜度Ssk和表面峰密度Sds这三个参数, 它们是常用地对工件表面粗糙度进行评价的可靠参数, 可为以后三维粗糙度体系的科学建立提供依据。

最佳指数法是常用的高光谱图像数据波段选择方法, 但存在运算时间过长的问题。运用K-means聚类算法, 对最佳指数方法进行了改进, 提出了聚类最佳指数法, 并进行了一系列伪装目标识别的对比实验。实验结果表明, 与最佳指数法相比, 改进后的方法在保证目标分类精度的前提下, 运算速度提高了数十倍; 与单纯使用K-means聚类运算相比, 不仅运算时间缩短, 而且分类精度有所提高。利用改进算法能够在伪装环境下更加快速有效地识别目标。

三维人脸识别技术是当前研究和应用的热点。提出了一种专门针对人脸的三维点云融合方法, 通过人脸检测、人脸姿态校正、点云对准和三视点投影等步骤实现三维点云超分辨率融合。实验结果表明, 该方法可提高点云的分辨率, 降低噪声的干扰, 消除孔洞, 能较好地重构人脸表面, 能大幅度地降低融合的计算复杂度, 提高融合的效率。

为提高三维模型版权信息的安全性和鲁棒性, 提出了一种基于尺度不变特征转换的三维点云模型水印算法。首先对三维点云模型进行主成分分析, 然后将模型中的点到模型中心的距离r进行一定的排序, 形成一个m×n的矩阵。对该矩阵进行尺度不变特征提取, 找到其稳健的特征点。在选取合适的特征点后对其邻域进行Contourlet变换, 将水印嵌入其低频部分, 然后进行Contourlet逆变换, 即可生成带水印的三维点云模型。实验表明, 该算法对几何攻击以及噪声、裁切、简化等攻击具有较强的鲁棒性。该算法可用于实际三维模型的版权认证。

设计并实现了一种基于PCIe高速总线接口的飞秒激光测距回波信号采集系统。该系统以FPGA为控制核心, 集成了数据高速采集、数据高速存储和PCIe高速DMA传输控制。设计了PCIe接口传输驱动和上位机程序。通过系统测试, 验证了该系统性能稳定、功能完备。将飞秒激光测距中的多种设备集成在一块FPGA板卡中, 提升了系统的集成化。

非合作目标航天器的位姿测量一直是各类复杂航天任务中所需解决的关键难题之一。传统的姿态测量算法多采用欧拉角以及旋转矩阵的方式描述目标位姿, 计算参数较多, 算法形式也相对复杂。针对这个问题, 通过单目视觉识别出具有矩形结构特征的目标航天器的一个矩形面, 然后在马达代数框架下, 根据该矩形面两条平行边所在直线方程的差值信息直接计算出目标姿态参数, 最终将姿态解算问题简化为一组四元线性方程组的求解。该算法无需知道目标尺寸, 计算形式简洁, 实时性高, 同时也能很好地保证结果的正交性。数值仿真以及地面验证实验结果表明, 该算法具有较强的稳定性, 测量精度能够满足测控要求, 在交会近距离范围内受两航天器间相对距离的影响较小。

星敏感器以恒星为姿态测量参考源, 可以为空间飞行器提供高精度姿态测量信息。白昼星敏感器具备白昼条件下恒星探测能力, 可以拓展用于高空气球、飞机、导弹、舰船等近地空间平台的全天时自主导航。对白昼星敏感器的国内外研究现状进行了综合分析, 介绍了典型白昼星敏感器的技术指标, 对制约白昼星敏感器发展的技术瓶颈和关键技术进行了梳理和总结。

为了实现光束沿多向准直出射的要求, 提出了基于自由曲面的光学器件设计方法。该光学器件是四个侧面为自由曲面、上表面为准直透镜的空心梯形台。基于微分几何理论和折射定律, 建立梯形台侧面轮廓曲线上的点所满足的方程, 结合Matlab软件数值计算出自由曲面轮廓曲线的离散数据点,将数据点导入Solidworks中进行曲线拟合并建模,进而得到梯形台侧面的实体模型; 运用Code Ⅴ软件设计出上表面准直透镜。将自由曲面面型数据和准直透镜数据导入到Lighttools软件中进行了仿真模拟,结果表明, 该光学器件可实现光线五向准直出射。

介绍了一种硅V型槽表面形貌测量的可视化方法, 分析了谱域OCT的测量原理。利用谱域OCT实验测量系统进行了硅V型槽的成像实验, 得到了硅V型槽的二维层析图像; 通过分析二维层析图像, 获取了硅V型槽的结构尺寸, 实现了硅V型槽表面形貌的高精度可视化测量。

立体图像的景物生动逼真, 给人一种身临其境的全新视觉享受, 但在制作、存储和传输过程中往往会产生失真。为了评价立体图像的质量优劣, 提出了一种基于轮廓波(Contourlet)变换的无参考立体图像质量评价算法。通过对失真的左、右图像分别进行主成分分析(PCA)融合来生成新的融合图像, 并使用基于SSIM(Structural Similarity)立体匹配算法生成视差图和匹配差值图, 然后对上述三张图片进行Contourlet变换, 再然后使用自定义的高频能量指标并结合边缘强度和信息熵, 最后将得到的特征输入支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)模型中学习, 得出质量评价分数。该方法在德克萨斯大学公布的立体图像库中进行了验证, 线性相关系数和斯皮尔曼相关系数在Phase I库中可高达0.957和0.947, 在Phase II库中也可高达0.944和0.934, 与主观评价吻合度很高, 优于最新的一些评价方法。

在大视场交通监控摄像机的标定中, 由于不便于放置大尺寸标定靶标, 常采用交通标线构成的特定几何图形替代标定靶标, 但许多交通场景仅有一组平行的车道分界交通标线, 难以获得传统标定方法所需的标定约束条件。针对此类交通场景, 选取两平行交通标线和其中一条线上的三点作为标定参考物, 依靠其中一条线上三点在单幅图像中的像素坐标、三点间的两个距离值及平行线间距作为约束条件来完成摄像机的标定。建立了图像坐标系与世界坐标系之间新的换算关系, 推导出了摄像机内外参数的求解公式, 探讨了旋转角对测量误差的影响。实验结果表明, 在约束条件不足的情况下能够获得较好的摄像机参数近似解, 沿道路方向上的测距精度优于对比文献的结果, 具有标定参考物选取容易、操作简便、几何约束条件少等优点, 适用于交通监控系统中大视场摄像机的快速标定场合。

针对周视脉冲激光引信在超低空条件下照射到海面时产生的海杂波干扰信号易使激光引信虚警率高的问题,以激光散射特性和海面运动特性为基础, 提出了一种基于面元积分法的宽波束激光照射面积自适应解算方法, 建立了周视脉冲激光引信海杂波回波功率模型。仿真结果表明: 海面风速越大、激光入射角越大, 海杂波回波功率越强; 相同条件下, 入射角为90°时的回波功率约为60°时的2倍, 约为45°时的3倍。该方法可以作为周视脉冲激光引信海面试验的有效补充, 可为超低空条件下抗海杂波干扰设计提供技术支撑。

法布里-珀罗(F-P)标准具广泛应用于光纤通信与光纤传感领域。实心标准具受自身材料的限制, 无法满足高稳定性的要求。空气隙标准具采用热膨胀系数极低的垫片, 提高了器件的温度稳定性能。介绍了低温漂光纤F-P标准具的设计和制作, 出射光自由光谱范围为100GHz, 损耗为3dB, 0~70℃温度漂移小于3GHz。相比于采用传统方法制作的标准具, 该光纤F-P标准具稳定性更高, 解决了实心标准具折射率和热膨胀变化大的问题。

对可见光通信(VLC)中高速可调光调制方法进行了研究。提出了高速可变脉冲调制(HVPM), 并与色移键控(CSK)调制混合用于VLC中, 以简化CSK调制的严格同步问题, 且支持精确调光。对混合调制方法的带宽利用率和误比特率进行了分析与仿真。结果表明:混合调制方法可使通信带宽利用率高于1; 相比于可变开关键控(VOOK)、可变脉冲位置调制(VPPM)和多脉冲位置调制(MPPM)等典型可调光调制方式, 所提出的混合调制方式具有更优的带宽利用率和高速低误比特率传输性能; 在满足可见光通信照明要求时, 该混合调制方法更适用于高速数据传输。

传统的差分吸收光谱(DOAS)算法对于短光程、低浓度的气体测量存在较大的误差。为了提高测量精度, 将基于差分吸收光谱技术的浓度反演算法应用于烟气SO2的在线监测中。在DOAS算法的基础上, 设计了基于最小二乘法的SO2浓度计算方法, 同时为了节约测量成本, 使用短光程和低精度光谱仪进行测量, 对低浓度SO2气体进行了光谱测量和浓度反演实验。实验结果表明, 在低浓度0~10-6的量程内, 测量值的绝对误差在2/106左右, 相对误差在5%以内, 测量结果较稳定。该算法在短光程下对低浓度的SO2气体具有较高的测量精度, 可以准确、快速地实现SO2气体的在线测量。