针对多曝光图像融合中存在细节丢失和颜色失真等问题, 本文提出了一种基于张量分解和卷积稀疏表示的多曝光图像融合方法。张量分解作为一种对高维数据低秩逼近的方式, 在多曝光图像特征提取方面有较大的潜力, 而卷积稀疏表示是对整幅图像进行稀疏优化, 能最大程度地保留图像的细节信息。同时, 为了避免融合图像出现颜色失真, 本文采取亮度与色度分别融合的方式。首先通过张量分解得到源图像的核心张量; 然后在包含信息最多的第一子带上提取边缘特征; 接着对边缘特征图进行卷积稀疏分解, 继而利用分解系数的L1范数来得到每个像素的活跃水平; 最后用“赢者取全”策略生成权重图, 从而加权得到融合后的亮度分量。与亮度融合不同的是, 色度分量则采用简单的高斯加权方式进行融合, 在一定程度上解决了融合图像的颜色失真问题。实验结果表明, 所提出的方法具有良好的细节保留能力。

传统的小孔球面波数字同轴全息受小孔的不确定度影响, 成像质量并不理想。本文提出一种产生均匀球面波得到宽视场高分辨的显微成像方法。激光经过扩束镜、显微物镜后聚焦成一个极小的光斑, 调节针孔阵列与焦点的距离, 针孔直径与焦斑相配形成理想球面波。照明被测物后, 透射球面波和物体散射的物光波形成干涉条纹, 由大靶面图像传感器采集。载物与不载物的图像相减去掉脏点和杂光干扰。菲涅耳逆变换重构算法恢复物体信息。生物实验证明, 均匀球面波数字同轴全息能够获得高质量显微成像, 视场范围3.22 mm×3.22 mm, 分辨率5.09 μm, 其快速、非接触、灵活的放大倍率可广泛应用于光学元件检测、材料识别、生物医学领域。

针对胶囊式内窥镜, 建立了全视场光学分辨率与像素数匹配水平的评价, 以及像素数分辨有效性的评价方法。该方法通过选择过面阵传感器行或列扫描水平的光轴截面为分析用子午面, 以光学分辨角和像素元投射角为分析单元导出线分辨元数、线像素数有效率、视场中心匹配率及全视场最大匹配率, 并采用球面视场的分辨距与分辨角简易转换来简化测量方法。这些参数构成了胶囊式内窥镜像素数的匹配率和分辨有效性的评价依据, 可为产品设计分析、评价及修改提供参考依据。

内窥镜图像质量在医生对早期病灶、异型增生复发的诊断中至关重要。因此本文根据血管对光谱的吸收特性, 提出了一种基于光谱变换的血管增强算法。首先, 该算法对图像RGB通道进行导向滤波, 将各通道分为亮度层和细节层; 接着, 将各通道的细节层进行基于信噪比的自适应增强, 并将亮度层进行拉伸, 使得GB通道的信息增强, R通道信息降低; 最后, 将各通道合并生成增强图像。本文应用该算法对大量内窥镜图像进行增强, 并且与Spectra B增强技术相比较。本文方法在DV-BV指标和韦伯对比度指标均优于Spectra B。

为解决超声乳腺肿瘤分级检测问题, 从超声射频(RF)信号的角度提出了一种有效的乳腺肿瘤分级检测方法。首先, 采用Shearlet变换提取乳腺超声RF信号的多尺度、多方向特征; 其次, 考虑Shearlet特征的高维冗余性, 采用多尺度方向二值模式(MDBP)对其进行编码, 在不损失特征信息的条件下降低特征维度; 最后, 依据医生阅片经验以及不同分级乳腺肿瘤的特征差异性, 设计出适合乳腺病变分级检测的层级二叉树SVM分类器(CBT-SVM)。在928个乳腺肿瘤患者的超声RF信号上进行验证, 大量结果表明, 提出方法可以有效实现3级、4A级～4C级、5级乳腺肿瘤的分级检测, 准确度、敏感度、特异度、PPV、NPV以及MCC分别达到89.29%、75.62%、94.54%、97%、98.3%和81.01%。

为实现简化的角膜曲率测量系统, 提出一种以角膜反射成像为原理的角膜曲率计, 其测量方法是将六个呈正六边形排布的点光源准直后投射到角膜前表面, 角膜反射图像经物方远心光路成像在CMOS上; 利用重心算法求出角膜反射图像中位于正六边形长对角线上的两个点光源的距离, 进而求得角膜曲率。本文对系统的成像质量、测量范围和测量精度进行了理论分析, 并且采用标准模拟眼和人眼进行实验, 以验证理论分析结果。结果表明: 本文设计的测量系统的角膜曲率半径测量范围为5.5 mm~11 mm(对应角膜屈光度30 m-1~60 m-1), 测量误差为±0.02 mm。这将为自动角膜曲率计的设计及优化提供技术支持。

为减小成像角膜曲率计沿光轴方向的对准误差, 提高角膜屈光度测量精度, 设计一种高精度成像角膜曲率计光学系统。光学系统包括成像系统和低相干干涉测量系统。成像系统由成像物镜、角膜和测量靶环构成, 其中成像物镜采用双远心光路设计; 低相干干涉测量系统采用光栅尺实现扫描反射镜的位移测量, 再通过低相干干涉信号对角膜顶点和测量靶环进行定位, 实现了对角膜顶点和测量靶环距离间的精确测量。成像物镜在最大空间频率为70 lp/mm处的调制传递函数大于0.4, 畸变小于0.05%。设计结果表明, 该系统结构紧凑, 成像质量好, 操作简单, 满足成像角膜曲率计对角膜屈光度的高精度测量需求。

叙述了棱镜转像机构的原理, 设计了与高速转镜相机匹配的别汉棱镜转像机构, 并将其作为超高速转镜相机的固定组成部分, FJZ-250型转镜分幅和SJZ-15型转镜扫描相机通用。高速转镜相机中增配转像机构后, 对目标成像360°连续可调, 解决了多台相机同步使用时, 爆轰装置不同研究方向的测试问题, 对实验数据的获得及系统外场目标调试起了很大的作用, 极大方便了相机的使用。经像质检测及动态实验结果表明: 转镜式高速相机增配别汉棱镜转像机构后, 对相机光学系统成像质量不受影响, 甚至略有提高。

针对自然地物假目标在激光引偏干扰中的应用需求, 以有效引偏空域表征引偏能力, 计算分析了其引偏能力。在充分考虑目标反射特性、干扰-指示激光强度和大气激光衰减系数等因素的前提下, 利用信号压制系数K≥1的条件建立了假目标引偏能力分析模型, 基于模型分析了典型条件下常见自然地物假目标的有效引偏空域。研究结果表明, 假目标有效引偏空域与目标类型紧密相关, 相同条件下植被类、砂石类和漫反射体目标的引偏能力依次增强; 植被类和砂石类自然地物的引偏空域存在远小于漫射分量的镜像反射分量; 干扰激光入射角的变化对有效引偏空域分布会产生较明显的影响, 但对植被类目标, 其引偏空域随入射角的变化却没有明显的趋势性变化规律。研究结果对于自然地物假目标的合理运用具有指导意义。

本文提出了一种新的改进的姿态匹配方法用于激光陀螺组合体测量船体角变形, 该方法的Kalman滤波观测量直接包括待测的船体角形变和“相对姿态误差”项, “相对姿态误差”项对单个激光陀螺组合体的陀螺零偏不敏感, 主要源自于两套激光陀螺组合体的陀螺漂移差值和初始船体角形变。此外, 考虑到船体静态角形变的缓变特征, 船体静态变形角速度可建模为随机游走过程。仿真结果表明, 本文提出的简化的姿态匹配方法能跟踪日照引起的准静态缓变角变形和船体机动等因素引起的短周期大幅角变形。该方法也经过了多条舰船的实船试验验证, 船体角变形的测量精度优于20″。