设计了一套带状光纤阵列光栅的刻写系统，仅利用单一相位模板，就能实现单层带纤上8 个不同谐振波长阵列光栅的刻写。借助图像处理的手段，采集刻栅过程中光纤位移的动态图像，以图像中对应像素点的移动情况为检测对象，对光纤滑动现象进行分析，从而掌握光纤滑动规律。为抵抗光纤滑动的影响，自行设计了专用带纤夹具，并对夹持面的材料和结构进行多次改进，实验结果表明，宏弯结构夹持面既能夹持和固定带纤，又能保证带纤涂覆层完整。本研究实现了3 dB 带宽0.2 nm、波长间隔0.5 nm、波长偏差小于±0.05 nm、反射率达80%以上的阵列布拉格光纤光栅的刻写。

折反式深紫外光刻物镜采用反射镜为主动自由曲面，补偿系统热像差。一些物镜系统要求反射镜的通光孔径为矩形。出于描述反射镜主动变形的目的，需要采用矩形区域正交的多项式拟合变形数据。高精度的拟合要求需要获得高阶的多项式表达式。本文根据正交多项式的性质，推导了矩形正交多项式的通式并列出前36 项多项式的表达式。应用该多项式对主动自由曲面的变形数据进行拟合。结果表明，变形均方根值(RMS)在2 nm~5 nm 范围内，最小拟合残差可达0.024 nm。根据拟合残差面形的特点，可以对主动自由曲面的结构设计改进。

为了提高红外图像弱小目标在复杂背景干扰下的检测精度，本文提出了基于多特征相似度差异决策与改进的Top-Hat 变换的红外弱小目标检测算法。该算法通过经典的Top-Hat 的单一结构元素进行分割，形成多尺度结构元素，并依据弱小目标与其周围背景之间的灰度差异，定义了灰度变化映射，通过计算其均值与方差，构建目标决策因子，并将其与多尺度结构元素嵌入到Top-Hat 变换中，形成了新的Top-Hat 变换；随后，联合灰度强度、对比度以及结构信息，建立多特征紧密度差异模型，提取包含真实弱小目标与可疑目标的候选区域；最后，基于弱小目标运动的连续性，引入管道滤波模式，将候选区域中的可疑目标剔除，保留真实弱小目标。实验数据表明：与当前红外弱小目标检测算法相比，在复杂背景干扰下，所提算法的检测精度更高，能够将弱小目标完整地检测出来，具有更好的ROC 特性曲线。

针对目前单帧红外弱小目标的检测算法存在检测精度不高，检测效果差等问题，本文提出一种改进Sobel算子的单帧红外弱小目标检测算法。该方法根据Sobel 算子的边缘检测特性，先对图像进行中值滤波，提高弱小目标的信噪比，然后利用Sobel 算子和本文提出的检测模板，对图像进行卷积处理，最后经中值滤波后检测出红外弱小目标。文中从理论上分析了改进算法的有效性，并与质心检测算法和基于局部均值以及基于Top-Hat 等检测算法进行了对比实验。结果表明，该算法比实验中其他检测算法检测精度更高，检测效果更加明显。

针对红外云图分辨率低、视觉效果较差的问题，提出一种图像结构组稀疏表示的超分辨率方法。该方法充分利用红外云图的结构自相似性，将结构组作为稀疏表示的基本单位，建立图像结构组稀疏表示模型。在训练字典过程中通过高斯混合模型学习图像结构组的先验信息，再对样本块进行聚类，利用主成分分析学习得到紧凑的分类字典。在重建阶段对每个结构组自适应选取最匹配的字典，使用改进了的加权l1 范数优化方法求解稀疏系数。实验结果表明，与ScSR、Zeyde、NARM 等算法相比，所提算法在视觉效果以及图像质量评价指标上均有所提高，红外云图重构质量有较为明显的改善。

基于有限元算法建立用于刻写中红外光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的相位模板物理模型，对相位模板的衍射光场进行模拟分析。在模拟过程中，采用平面波和球面波两种不同光源。采用平面波作为入射光时，通过改变平面波的入射角度和相位模板光栅的刻槽深度分析Talbot 衍射图样的变化。采用球面波作为入射光时，通过改变光源与相位模板的距离分析衍射图样的变化。结果表明，当平面波以任意角度斜入射时，沿与入射光相同方向形成Talbot 衍射图样。当改变相位模板刻槽深度时，Talbot 衍射图样的形状和能量分布均发生变化：随着刻槽深度的增加，衍射能量最大值逐渐变大；当刻槽超过一定深度时，能量最大值开始减小，同时Talbot 图像向均匀条纹演变。当球面波入射到相位模板时，Talbot 衍射图样沿球面波传播方向分布。随着球面波波源逐渐靠近相位模板，能量最大值逐渐升高；当超过一定距离时，能量最大值开始下降。

本文提出一种基于机器视觉的汽车列车弯道行驶轨迹测量方法，用于计算挂车等货运车辆在转弯过程中的转向特性参数。首先，设计了一种由多条横纵标识线构成的路标，该路标形状与汽车列车转弯道路形状一致；其次，由安装在挂车上的摄像机获取汽车列车行驶视频流，通过阈值分割和拟合获得标志线方程，计算出横纵标识线的交叉点坐标；最后，由摄像机所在位置的全局坐标，可推算整个车体关键轮廓的位置坐标。本文对比了基于机器视觉轨迹测量和GPS 轨迹测量两种方法，实验结果证实了基于机器视觉轨迹测量法的有效性，且具有精度高和测量快速便捷的优点，为汽车列车弯道通过性参数的测量提供了新的思路。

行人再识别就是给定一张图片，在非重叠的视场行人数据库中，识别出相同的行人。行人再识别面临各种困难，针对来自于雾霾恶劣天气的影响，先利用暗通道先验知识的方法对图像去雾，再用局部最大特征和测度学习的算法对去雾图片行人再识别。实验结果表明，去雾后的行人再识别第1 识别率(排名第1 的搜寻结果)为41.75%和第10 识别率(排名第10 的搜寻结果)81.26%相对于有雾条件第1 识别率35.64%和第10 识别率46.75%。

为满足手指交互系统的需要，并能够达到对倾斜指势进行准确识别的要求，本文介绍了一种快速、准确对指尖检测定位并实时识别倾斜指势的方法。该方法利用YCbCr 颜色空间分割算法对肤色聚类进行粗分割，然后运用“周积比”概念对预处理区域进行细化分割，剔除除手部以外的肤色干扰区域并利用最小二乘法二项式拟合算法获取手指轮廓。采用改进的凸包络优化算法完成指尖的检测及倾斜修正。最后，进行局部扫描获得最终的指势识别。实验表明本文介绍的方法能实现简单倾斜指势0?9 的识别且识别率高达95.7%，稳定性较好。

针对视频情感识别中存在运算复杂度高的缺点，提出一种基于时空局部二值模式矩(Temporal-Spatial LocalBinary Pattern Moment，TSLBPM)的双模态情感识别方法。首先对视频进行预处理获得表情和姿态序列；然后对表情和姿态序列分别提取TSLBPM 特征，计算测试序列与已标记的情感训练集特征间的最小欧氏距离，并将其作为独立证据来构造基本概率分配(Basic Probability Assignment，BPA)；最后使用Dempster-Shafer 证据理论联合规则得到情感识别结果。在双模态表情和姿态情感数据库上的实验结果表明，本文提出的时空局部二值模式矩可以快速提取视频图像的时空特征，能有效识别情感状态。与其他方法的对比实验也验证了本文融合方法的优越性。

提出了一种紧密二值描述子用于解决RGB-D 人脸识别过程中的特征表达问题。首先，不同于手工设计的特征，该方法使用无监督学习从训练数据自动获取紧密的二值特征；其次，该方法使用像素与周围像素的差异信息作为输入，利用了空间上下文信息；最后，考虑到Depth 图像平滑性特点，对分块的Depth 和RGB 图提取不同半径范围的像素差异信息。实验结果表明，该方法具有较强的人脸描述能力，且对光照和面部遮挡具有一定的鲁棒性，并在两个公开的RGB-D 数据库上获得了较好的识别率。

为实现成捆圆钢端面自动化及高效率贴标，建立了成捆圆钢机器人贴标系统。本文重点对复杂背景下圆钢端面图像识别进行研究，提出了一种圆钢端面图像组合识别方法。首先确定圆钢半径范围，利用分水岭分割算法对粘连图像进行分割，为防止因过分割而造成圆钢端面图像的漏识、错识，提出了真圆度阈值和角度阈值组合算法，以实现对分割后圆钢端面图像的准确识别。然后用椭圆拟合法确定圆钢端面图像中心点像素坐标，通过Delaunay 三角剖分内插值法标定完成像素坐标到世界坐标的转换，最后组建了成捆圆钢端面贴标试验系统。结果表明：成捆圆钢机器人贴标系统贴标速度为20 根/min，贴标准确率高达99.8%。能满足企业实际生产需求，为国内外成捆圆钢端面自动化贴标技术的发展和实际应用提供了一定参考。

深度视频静止区域普遍存在深度值时域不一致，导致编码效率下降且影响绘制质量。针对该问题，提出一种基于场景运动程度的深度视频一致性增强算法。首先，应用基于块的直方图差值(Block Histogram Difference, BH)对深度视频每帧之间做相对运动程度量化度量，根据BH 值自适应选取运动程度相对最弱的视频段作为深度值修正源，通过运动检测对相应彩色视频做运动区域分割，接着，利用彩色视频准确的时域一致信息，对深度视频中静止区域的错误变化深度值进行时域一致性校正，最后应用计算复杂度低的时域加权滤波函数对校正后的深度视频进一步优化，得到时域一致性优化的深度视频。本文算法相比于原估计获得的深度视频节省编码码率17.48%~31.75%，深度图所绘制的虚拟视点主观质量提高。

糖尿病视网膜病变(简称“糖网”)渗出物的自动检测对于糖网的早期诊断具有重要意义。针对以往利用数学形态学检测糖网渗出物方法中存在的图像增强效果不佳造成的渗出物细节易漏检以及干扰区域去除不完全造成的正常区域易误检的问题，提出了一种改进的基于数学形态学的糖网渗出物的自动检测方法，主要对眼底图像的预处理和视盘等干扰区域的检测进行了优化。首先预处理阶段在HSV 颜色空间对图像进行亮度校正后引入了多尺度顶帽变换方法进行图像增强，接着采用了一种综合图像边缘信息和亮度信息的新方法定位视盘中心并利用Chan-Vese 水平集模型分割出视盘，又依次提取出干扰渗出物检测的边界和光学器件的反射亮斑，最后用背景估计结合形态学重建的方法检测出渗出物的精确轮廓。经最新公开的e-ophtha EX 数据库测试，得到病灶水平灵敏度91.7%，阳性预测值94.6%；图像水平灵敏度100%，特异性88.6%，准确率95.1%。

人群异常事件检测是智能视频监控中的重要研究内容，本文提出一种新的融合时空特征的异常行为检测算法。首先提取显著性信息作为空间域特征，采用高精度的光流算法，结合社会力模型计算相互作用力作为时域特征；提出一种新的运动信息特征描述子——相互作用力直方图(HOIF)，将其与显著性信息特征相融合送入支持向量机(SVM)进行学习训练，从而对人群事件进行分类。在UMN(University of Minnesota, Twin Cities)数据库上对本文算法有效性进行了验证。实验结果表明，该算法在检测正确率及鲁棒性上要优于其他算法。

基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)技术及修正型代数迭代算法(Algebraic Reconstruction Technique, ART)，选择频率为7 153.7 cm^-1 和7 154.3 cm^-1 的H₂O 吸收线作为测温谱线，测量了CH₄/Air 预混平面火焰炉燃烧场温度和H₂O 气浓度分布。仿真采用1 000 pixels×1 000 pixels 个像素点描述方形模型区域，假设40 条光束从两个方向正交通过重建区域，通过引入初始分布并经修正型ART 算法计算和三次多项式插值处理，温度场重建偏差在4.5%以内，H₂O 气浓度场重建偏差在4%以内。实验采用导轨和转台实现探测光对稳态燃烧场两个方向上的平行扫描，共获取24 路光束吸收信号，经修正型ART 算法重建和三次多项式插值处理得到整个火焰炉燃烧区域的温度场和H₂O 气浓度场分布。将温度场重建结果与热电偶的测量结果进行对比，表明该方法能够有效实现燃烧场温度二维重建。

针对最优灰度扫描算法在灰度级丰富的图像上产生轮廓线的问题，对算法进行非线性校正?首先分析最优扫描算法的灰度级与像素数据的关系，并与传统脉宽调制(PWM)灰度产生策略作比较，找出产生轮廓线的原因；根据人眼对不同灰度差值图像的主观感受，将灰度差值划分为可接受差值和不可接受差值；然后通过MATLAB对最优扫描各比特的灰度权值重新赋值，得到所有可能的组合，剔除不可接受差值的组合；最后计算线性度较好的组合在不同显示分辨率下的数据传输频率?实验结果表明：对于256 级灰度图像，当校正后的8位比特的权值比例为208:104:52:24:14:8:3:1 时，灰度图中的轮廓线从13 条减少到0 条?通过硅基有机发光二极管(OLED)微显示器观察，轮廓线消除，图像质量得到改善，并且在超高分辨率下，消耗的系统时钟频率比传统的场扫描法低，在降低系统成本上具有优势?

针对激光显示技术中的散斑干扰，提出了一种利用外腔半导体激光器来展宽光谱的散斑抑制方法。利用外腔半导体激光器中光反馈引起的自混合干涉效应，适当调节反馈强度使激光器进入相干坍塌态，以获得具有宽带发射特性的激光。然后将该宽带激光光源用于散斑测量系统，由于光谱展宽降低了激光的时间相干性，从而散斑现象能够得到有效抑制。实验结果表明，在自由空间反射光路中，当激光器处于相干坍塌态时，光谱展宽至6 nm且为多纵模振荡，散斑对比度降低至0.049。

针对车载激光雷达不能同步测量道路目标距离和速度的问题，提出使用伪随机码调制发射光源的幅度，通过计算反射回波与调制码的相关函数测量道路目标的距离，同时计算反射回波与本地信号的差频测量目标的速度。首先，给出车载激光雷达框图并讨论伪随机码调制激光雷达用于同步测距测速所固有的问题；然后，提出一种非等间隔采样信号频谱分析方法分析差频；最后，仿真验证这种频谱分析方法应用于激光雷达测距测速系统的可行性。结果表明，在不改变传统伪随机码调制激光雷达测距性能的基础上，该方法可以同步测量道路目标的速度，且最大可测量速度超过360 km/h。

为提高核电站特殊作业环境下(高放射性，同时兼具水下、高温、高压、硼酸等)各智能装备的作业定位精度，本文建立了综合考虑折射效应和透镜畸变影响的水下双目视觉定位非线性数学模型。以摄像机针孔成像模型为基础，分析硼酸水下视觉的成像原理以及影响因素并提出了一种适用于非结构环境的水下双目视觉定位方法。为验证所提方法的有效性，本文在空气、普通水以及不同浓度硼酸水下进行对比实验。实验结果表明，不同浓度硼酸对摄像机成像折射影响不大，且利用该方法计算的目标物属性尺寸与实际值接近，误差小。

为了提高二值散焦光栅的正弦性，本文基于传统图像半色调领域的Floyd-Steinberg 误差扩散抖动算法，提出了一种新的误差扩散算法。首先扩大误差扩散核以减小正弦光栅二值化的量化误差，同时抑制非对称纹理；然后采用线性分配的误差扩散系数来进一步平滑光栅，增强光栅的弥散效果。软件仿真和实验结果表明，与传统Floyd-Steinberg 抖动算法相比，所提算法进一步平滑了光栅，减小了三维测量的相位误差。

惯性稳定平台在运行过程中会受到内部和外部因素的影响，这些因素的变化引起被控对象的参数变化，进而降低系统的控制精度。本文提出在惯性稳定平台的速度回路内增加高增益的加速度闭环校正，可以很好地补偿被控对象参数变化的不利影响。并且由于加速度计为惯性敏感元件，加速度内回路还具有扰动抑制能力，惯性稳定平台的主动抑制能力等于加速度回路和速度回路抑制能力之和。实验证明，加速度反馈闭环增强了惯性稳定平台的主动抑制能力。

基于运动学原理的支撑结构在大口径望远镜的底支撑中早已得到广泛运用，但是在主镜侧支撑中的应用还不成熟。本文首先解释了一种基于运动学原理的侧支撑结构的特点，然后针对一个直径2.04 m 的主镜, 使用有限元软件ANSYS 中的参数化设计语言进行了具体的结构设计与分析。接着以主镜在光轴竖直状态下的镜面面形误差的均方根值(RMS)为目标函数，采用模拟退火算法，对支撑结构中各支撑杆的支撑反力进行了优化。最后得到的镜面变形的RMS 值为16.67 nm。计算不同俯仰角下的镜面变形，均达到了RMS 小于λ/30 的技术要求。

针对在CCD 输出灰度值较小的区域，最小二乘法拟合的曲线与实测值之间容易出现偏大的相对误差，本文提出以最大相对误差最小化为评价指标，使用神经动力学寻优求解曲线拟合值的方法，获得最优拟合。首先以大功率LED 为线性可调光源测量CCD 的光电响应数据，并设计多项式拟合的光电测量的误差模型，然后根据相对误差最小化的评价指标，采用神经动力学优化算法求解最大相对误差最小的拟合曲线。实验结果表明，寻优算法稳定有效，当多项式拟合阶次N=3 时，拟合的响应曲线的最大相对误差为2.5%，明显优于最小二乘法。此外，响应数据分析表明，CCD ICX694AL 在未饱和时的光电响应为线性关系，但在饱和区域，光电响应的非线性明显。

针对共聚焦型激光诱导荧光检测技术对微米尺度微流控芯片沟道检测存在对焦困难，检测精度受离焦影响严重的问题，本文提出了一种利用液体透镜连续变焦实现微沟道自动对焦的激光诱导荧光检测装置，并针对系统设计了基于图像清晰度评价的自动调焦算法。装置根据采集的微流控芯片沟道图像自动调整聚焦点位置，保证最优的激发光与诱导荧光收集。实验结果表明：本文设计的激光诱导荧光检测装置可实现对微流控芯片沟道的快速自动对焦，波动范围在0.5%之内，变异系数为1.5‰。它为提高微流控芯片的检测精度和设计灵活性提供了可能。

针对已有光纤安防系统入侵行为识别模型中特征空间不完备及分类器泛化能力差的缺陷，本文提出了一种光纤入侵行为融合特征的集成识别策略。首先，采用总体经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、功率谱分析(Power Spectral Analysis, PSA)及离散小波变换(Discrete Wavelet Transform, DWT)提取信号在时域、频域及小波域内振动信息，构建入侵信号的特征集。然后，提出一种基于DFPA(Discriminative FunctionPruning Analysis, DFPA)的特征选取方法，实现特征空间的约简。最后，构建集成的随机权向量函数连接网络(Random Vector Functional-Link net, RVFL)分类器识别入侵行为。在基于M-Z (Mach-Zehnder, M-Z)干扰仪的光纤安防系统中采集入侵信号，进行实验，结果表明该策略的有效性。

运用拉普拉斯方程，分析了液体界面面型与密度差以及界面张力之间的关系。采用新兴的离子液体作为导电液体，选取常见的四种绝缘液体，得到了存在密度差的导电液体和绝缘液体的四种组合形式。基于这四种组合形式的双液体透镜系统模型，分别仿真计算了相应的非球面界面面型方程，并对含有非球面界面的液体透镜进行了成像分析。得出结论，相比于界面为球面的液体透镜，使用非球面界面的液体透镜时，成像质量得到很好的改善，但其非球面度和成像质量没有正相关性。

针对带标签的高斯混合概率假设密度滤波算法无法获取衍生目标的问题，提出一种可以提取衍生目标的带标签GM-PHD 算法。首先，通过为高斯项加注标签的方式区别不同的目标，以辨别单个目标及其航迹。其次，在滤波过程中，对每一时刻得到的状态估计值与已形成的航迹标签进行匹配关联，实现航迹维持。最后，通过设置衍生阈值来判断状态估计中是否存在衍生目标以及可能产生的目标个数，为新生目标高斯项和可能的衍生目标高斯项重新分配标签，并创建新的航迹。仿真实验结果表明，与传统的带标签GM-PHD 算法相比，在衍生目标存在的情况下，改进算法具有更好的跟踪性能。

为了测定感光材料的光谱灵敏度，通过Code V、SolidWorks 软件优化设计了一套感光材料光谱灵敏度测定曝光系统。分析比较了在不同入射角、不同光栅线数情况下系统光路结构的差异，确定入射角25°、光栅线数为350 L/mm 是系统的最优设计。实验结果表明，设计的曝光系统能够产生一个宽201.5 mm，高80 mm，覆盖360nm~900 nm 光波长的矩形光谱，经过一个18 等级台阶的灰度片使得光谱功率能在0.52 mW~10.65 mW 之间进行调节，光谱分辨率能够达到0.021 nm，满足曝光系统的设计要求。

传统的稀疏表示跟踪算法直接利用较为简单的灰度特征进行稀疏表示系数计算，易受遮挡、形变等影响。为此，提出一种局部自适应加权算法来增加受遮挡、形变等影响的候选目标与未受遮挡、形变等影响的候选目标之间的区分度。另外，一般稀疏表示算法利用数量较少的目标模板构建过完备字典。无法获得较好的稀疏系数。提出逆稀疏表示算法，利用包含丰富目标特征和背景特征的候选目标构建过完备字典来重构目标模板，相同维度的目标模板条件下可以获得更好的稀疏系数。实验表明，该算法在目标背景差异小或严重遮挡、形变情况下，都能够较好的跟踪目标。

为解决压缩跟踪过快引入跟踪误差和样本采集方面的缺陷，首先，引入基于预测向量的采样搜索策略，通过前两帧跟踪到的目标位置预测后一帧目标的运动方位，并采用扇形区域采样方式缩小有效样本的范围；其次，根据前后两帧跟踪到的目标的对照来判断复杂背景或遮挡的发生，利用Bhattacharyya 系数自适应地改变分类器参数更新系数。实验证明，这些策略避免了因压缩跟踪缺陷导致的跟踪失败，改进后的算法比原算法具有更好的鲁棒性和时效性。

针对光学拼接焦平面的图像漏缝问题，本文提出了一种基于误差分析的CCD 拼接像元数计算方法。首先，基于相机成像原理建立了焦面光学拼接的模型。结合像方远心和非远心光路系统的特点，对导致漏缝的因素进行分析。对反射镜导致渐晕区的传函下降问题，给出了拼接像元数的计算公式?最后，将该方法应用于焦平面实例，结果表明，CCD 拼接不存在漏缝现象?