综述了非制冷热成像技术的最新发展和研究趋势及其应用前景.热释电焦平面阵列和微测热辐射计焦平面阵列已成为两种主流非制冷红外探测器.前者的年增长率为11.4%,后者的年增长率为32.4%.非制冷热成像技术在作用距离上优于微光成像、在体积和成本上优于制冷红外成像技术,使之成为中距离探测的主力军,并有可能在不远的将来在许多应用方面代替制冷热成像技术.

场景统计类非均匀性校正算法对场景分布进行假定,获得探测单元接收红外能量的一、二阶矩,进而估计探测单元的响应参数,校正非均匀性.分析比较了现有的场景统计类非均匀性校正算法,并应用交互多模(IMM)算法校正非均匀性,实验结果表明以连续图像序列作为观测数据时,能够有效地校正非均匀性,扩展了卡尔曼滤波法的适用范围.对各种方法进行仿真,表明IMM算法具有较好的收敛特性.

针对远距离低信噪比条件下目标检测难的实际问题,提出采用D-S证据理论的双色红外小目标融合检测方法.该方法首先采用统计检测方法对各传感器图像进行目标检测处理;接着采用"或"逻辑对各传感器的目标检测结果进行融合,以降低目标漏检的可能性;然后在各传感器图像中提取融合检测结果中各候选目标区域的多个图像特征作为进一步消除虚警的证据;最后采用D-S证据理论对各候选目标区进行基于多特征的目标融合识别处理,并将识别结果作为整个系统最终的目标检测输出.实验结果证明了该算法的有效性.

利用量子干涉效应,提出设计GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器能带结构的方法.此法比K-P方法简便易行,而且随着势垒宽度的增加,两种方法所得结果趋于一致.这表明新方法更适合计算具有较宽势垒超晶格的电子态.另外,用新方法对超晶格样品的光电流谱进行了分析,所得结果比K-P方法更接近实验值.由此证实了量子干涉效应引起的电子能态的存在和新方法在量子阱红外探测器能带结构设计中的实用性.

在45°镜多元并扫系统中,波段在焦平面的位置直接影响扫描结果.研究了45°镜多元并扫波段并扫探测器数、波段在焦平面的位置等参数对扫描结果的影响,分析了各参数的变化引起的图像畸变程度,给出了45°扫描镜阵列探测器排放的要求.

目标-背景对比度是基于大气辐射传输理论的空间目标识别的重要参量之一.云覆盖了50%的地球表面,对电磁波和光波的传输有重要的影响,因而其类型、在视线路径上出现的概率均会对目标识别产生重要影响.所以要保证目标识别的精度,必须考虑云的作用.从辐射传输理论出发,采用平面平行云的假定和Lund的无云视线概率模型,对有云天气条件下的目标背景对比度进行了详细的分析.

基于商用动画和效果软件Maya输出的Wavefront OBJ文件造型数据,结合仿真对象的热传递模型和红外传感器模型,高细节地实现了基于3D模型的双色红外图像仿真.仿真结果满足红外图像自动目标识别系统(ATR)的设计需求,为目标识别算法的验证提供了丰富可靠的仿真图像数据.最后给出了使用C++语言和Open GL在Microsoft Windows平台的仿真结果.

目标的模型化是三维目标识别的一个重要环节.由于从多视点特征法建立的模型能够避免从二维图像中恢复目标的三维结构,在三维目标识别中应用比较广泛.使用镶嵌式多面体分割视觉空间以得到三维目标的多视点投影图像,采用较小的镶嵌单元尺寸以完备地描述目标各种姿态的信息.Zernike矩具有旋转不变性,并能够方便地由各阶矩重建图像.计算多面体各个单元的投影图像的Zernike矩,所需的矩的最高阶次由重建图像与原图像的差别确定,通过聚类方式合并那些图像的矩变化很小的投影对应的几个小单??每个新单元可以提取一幅特性视图,实现较小数目的多视点特性视图的建模.实验证明了这种方法的可行性.

红外场景模拟可为目标识别、跟踪提供必要的图像样本,对算法的训练、评估和可靠性检验具有十分重要的意义,基于建模的红外模拟方法不一定反映场景的客观情况,并且,计算量大、耗时,难于模拟出有真实感的红外图像.基于图像绘制技术,提出无需建模的基于图像的绘制方法来模拟红外场景图像,根据红外图像的特点,给出了计算基本矩阵的非线性迭代算法和基于特征约束的动态规划立体匹配算法.由于参考图集是实际图像,因此,模拟图像更符合景物的真实情况,并且,该方法无需很复杂的建模过程,利于实时模拟.实验?峁砻?该方法可有效地模拟出真实感的红外图像.

在激光的产生和传输过程中或多或少地要受到光阑的限制.因此,光束通过有硬边光阑限制光学系统传输问题的研究有重要实际意义.为此,已发展了多种模拟方法.一般情况下,对Collins公式直接数值积分是一种精确的模拟方法.但当光阑数增加时,计算变得非常繁琐和费时.使用四种简明方法,即解析公式法、递推算法、复高斯函数展开法和矩阵表示法来模拟硬边衍射光束,对这些方法的优点和使用范围作了分析,讨论了方法的改进.

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗以及人工放电等方面具有重要的应用,对超短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中各种线性效应及非线性效应,诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础.

提出了基于高速数字信号处理器TMS320C6415的图像识别跟踪系统,并给出了成像跟踪系统的原理图和结构图,重点论述了采集系统和图像处理系统.在软件上采用矩不变阈值分割和基于梯度的自适应阈值分割提取目标,采用投影特征的质心跟踪算法及基于线性微分拟合的记忆外推跟踪技术跟踪目标.实验结果表明:该系统跟踪稳定可靠,完全满足实时性要求.

提出了一种遥感图像中机场跑道的自动识别方法.在分析机场结构特征的基础上,首先采用形态学方法提取图像的线结构;然后通过非监督聚类方法将直线段动态分组;最后进行直线段修复和跑道配对,实现对机场的识别定位.计算机仿真验证了该方法的有效性.

为了提高实际工程应用中图像匹配算法计算的实时性,增强图像匹配算法对复杂场景跟踪的鲁棒性,提出了一种新的基于图像纹理的模板匹配算法(TTM).依据邻域内像素灰度变化的趋势分别提取水平、垂直方向二值化的图像纹理矩阵,然后根据定义的一个相似性判别准则,分别度量水平、垂直两个方向二值化图像矩阵之间的相关置信度.最后,通过合成两个方向上的图像匹配置信度结果得到目标配准置信度.实验结果表明,该算法对图像光照变化、目标部分被遮挡等情况具有较好的适应性.

卫星图像在拍摄过程中,由于云雾等因素影响,导致影像的亮度增加,目标影像对比度和分辨率下降.针对薄云薄雾对卫星图像的影响,提出目标影像的自适应增强算法.实验表明,该算法具有较强的自适应性,提高了薄云薄雾影响下的目标影像的对比度,恢复了该区域的亮度,同时,保持了薄云薄雾影响弱的区域的对比度和亮度,达到了目标影像自适应增强的目的.

提出了一种基于小波变换的改进图像融合方法.对小波分解后的高频分量使用图像区域内像素的最大绝对值作为该区域中心像素的活性测度以得到融合图像的高频分量,对分解后的低频分量通过度量其图像块的质量来确定融合图像的低频分量.实验结果表明,该方法得到的融合图像清晰度和对比度都较好,是一种有效的图像融合算法.

正则化方法通过增加先验信息约束,达到增强SAR图像特征的目的.在分析现有先验信息约束条件的基础上,提出SAR图像幅度域上的正则化增强方法,从理论上证明了SAR图像复数域上正则化方法和幅度域上正则化方法的等价性,进一步解释了正则化方法的相位保持特性,提高了计算效率.通过参数变换,结合先验信息,给出正则化参数的选取方法,该方法操作简单,能有效地抑制噪声,保护目标.最后利用仿真图像和MSTAR图像验证了该方法的有效性.

多普勒波束锐化成像技术(DBS)能为检测出的动目标定位提供参考,从而有效地实现精确打击.DBS技术在弹道导航、地形匹配等许多方面有着广泛的应用.首先简述了DBS成像方法的一般工作原理,经分析得出结论:DBS成像在SAR/GMTI模式下应用时,如果引入聚焦型的SAR处理方法,即通过去距离单元走动、去方位向调频斜率等方法可有效提高雷达成像质量.最后利用雷达实测数据进行处理,得出了较满意的高分辨DBS成像结果.

镜头分割是基于内容的视频检索和浏览首先要解决的关键技术.视频分割为镜头后,下一步的工作就是进行关键帧提取,用以描述镜头的主要内容.提出了一种改进的基于聚类的镜头分割和关键帧提取算法,在无监督聚类中引入一个参考变量,解决了利用无监督聚类进行镜头分割和关键帧提取时可能产生的帧序不连续或分割错误的问题.在关键帧提取阶段,将镜头分割为子镜头后,引入图像熵的概念提取关键帧.实验结果表明了改进算法在镜头分割和关键帧提取方面的有效性.

为了提高现有光学安全系统的安全性能,首次提出"空域-分频域(分数傅里叶域)"混合编码的光学图像加密方法.该方法对图像分别进行一次菲涅耳变换和分数傅里叶变换,并在图像的菲涅耳域和分数傅里叶域上分别利用随机相位版施行相位编码.在加密过程中,上述两次变换的参数均可以设计成密钥,波长因子也可以引入加密过程,这样系统密钥被设计在两个不同的变换域上,提高了系统的安全性能.计算机仿真试验表明,该加密方法能够成功实现图像的加密和解密,系统对密钥参数十分敏感,非授权认证在不知道密钥参数的情况下几乎不可能对加密图像进行解密。

描述了多级滤波图像处理ASIC芯片的体系结构,针对该芯片的数据缓冲存储问题,通过控制模块对一个输入FIFO和三个输出FIFO的协调控制,高效地实现了多路数据的实时处理和传输.结合应用要求,一个异步FIFO对输入数据缓冲存储,使快速数据通道与慢速数据输入相匹配;三个同步FIFO,分别对应单级1×3、两级1×3级联(相当于1×5)和三级1×3级联(相当于1×7)滤波模板的图像数据输出缓存,分时复用一路输出总线.仿真结果表明设计是正确且有效的.

EZBC算法综合利用了子带内和子带间系数的相关性,把零树/零块结构和基于上下文编码的优点有机结合在一起,获得了比SPHIT算法更好的压缩性能,比EBCOT更高的压缩效率.但是EZBC算法编码中的两个排序链表需要很大且非固定的存储空间,这使得EZBC算法的硬件实现非常困难.在EZBC算法的基础上提出了一种易于硬件实现、低存储量、高压缩性能的内嵌零块图像编码算法.该算法利用比特平面节点重要性状态表和上下文查找表来完成整个编码过程和形成上下文.实验结果表明,所提出的算法具有与EZBC算法基本相同的高压缩性能,但所需存储空间约为EZBC算法的四分之一,所以该算法更易于硬件实现.

运用VHDL硬件语言完成了激光成像雷达中扫描系统控制的描述.设计由ALTERA公司的MAX7000系列可编程逻辑器件实现.VHDL语言与可编程逻辑器件(CPLD)的结合使用,将传统上由硬件电路实现的功能转变为软件参与实现,从而易于修改和改进.给出了部分VHDL源代码描述,通过逻辑综合优化了设计,实现了设计的时序仿真,分析了VHDL语言在设计中应注意的一些问题.

针对引信体目标视频回波模拟器中实时数字信号处理的要求,给出了基于Virtex-Ⅱ系列现场可编程门阵列(FPGA)设计的专用处理器的方案、方法.该方案充分利用了与FPGA结构相适应的设计优化技术,解决了由于FPGA片内时钟频率过高而产生的瓶颈问题.调试表明,此处理器既有专用ASIC电路的快速性,又有DSP器件的灵活性,完全能满足引信体目标视频回波模拟系统的实际要求.

在分析光纤陀螺(FOG)对光源驱动电路基本要求的基础上,设计了高精度的光源控制与功率驱动电路,在降低功耗的同时大大减小了光源驱动电路的散热和体积,实现了光源驱动电路的高精度、低功耗和小型化,最后给出了实际测试数据.

提出了一种新的连续半导体激光器(LD)驱动电源设计方案,该方案融入FPGA技术,采用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现了高稳定度的激光器驱动和温度控制.LD驱动单元中,应用负反馈技术分别实现注入电流IF、驱动电压VF和光功率的高稳定控制,还采取了软启动控制、短路开关和限幅保护的措施,有效地保证了LD的安全.LD温度控制单元中,采用了比例积分(PI)控制技术并结合积分分离的思想,实现对LD温度的高稳定度的控制.实验表明,注入电流的稳定度达到10-4量级,温度稳定度优于±0.01℃,性能比以往的同类系统提高了一个数量级。

采用氧化钕、氧化钇、硝酸铝、氨水以及柠檬酸作为原材料,以低温燃烧法(LCS)制备出纳米粉末材料.该方法解决了固相反应的高温合成及化学沉淀法的粉体团聚问题.通过热重-差热(TG-DTA)、X-射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外透射(FT-IR)和透射电镜(TEM)测试手段研究粉末的特性,采用谢莱方程(Scherrer)根据YAG(420)晶面的衍射曲线半峰宽数据计算出晶粒尺寸,详细研究陶瓷材料在不同热处理条件下的析晶情况.研究结果表明:YAG相的形成温度为850℃,在热处理过程中出现YAP中间相,于1050℃转变成纯YAG相,颗粒在不同的热处理条件下呈现不同的尺寸,在20～50 nm范围变化.随着热处理温度的升高,平均晶粒尺寸增加,晶粒尺寸的标准偏差保持在2.0左右,晶格参数逐渐减小.晶粒主要以晶界扩散形式进行生长,晶格参数膨胀是由晶粒表面的排斥偶极距所造成的.