针对回转窑表面的红外图像模糊, 图像细节不易分辨的问题, 提出一种基于视觉特性的回转窑表面红外热图像增强方法。该方法利用人眼在不同灰度级的分辨能力差异, 将回转窑表面的红外图像灰度映射到人眼易分辨区域, 从而提高人眼对图像细节的分辨能力。实验结果表明: 提出的方法能够凸显红外图像边缘, 及时反映窑内的高低温区域, 对避免异常高温引起的红窑事故、保障窑炉经济高效地运行具有重要意义。

基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统(BOTDA)因为单端入射的特性而有广泛的应用前景。研究了应用提升小波变换对传感信号进行降噪, 与传统小波变换相比, 提升小波变换结构简单, 运算速度快, 易于硬件实现。分别利用累加平均法、传统小波变换和提升小波变换对瑞利BOTDA系统传感信号进行降噪, 通过信噪比、均方误差和计算时间对三种方法的降噪效果进行比较。结果表明, 累加平均法将信噪比提高了约14 dB, 传统小波变换将信噪比提高了约18 dB, 计算速度是累加平均法的3.26倍。提升小波变换将信噪比提高了约19 dB, 计算时间仅为传统小波变换的约60%。结果表明, 提升小波变换适用于瑞利BOTDA系统实时降噪处理。

介绍了一种相机曝光控制实时误差补偿外同步信号产生方法。系统由一系列硬件和软件组成, 硬件包括通用GPS接收设备、信号接收整理模块和外同步信号相机电平匹配化模块；软件包括设计在可编程逻辑电路中的外同步信号频率生成与调整模块及外同步信号误差分析与调整模块、外同步信号生成模块及外同步信号相机逻辑匹配化模块。GPS接收设备接收卫星信号并实时输出时间B码, 信号接收整理模块将时间B码整理成可编程逻辑器件可以接收的电平信号, 可编程逻辑器件通过一系列处理模块生成目标相机的外同步信号, 随后外同步信号相机电平匹配化模块将外同步信号整理成相机匹配的电平信号来控制相机曝光。实践证明所提方法可以在不添加额外器件的情况下实现相机曝光时间的实时精确控制, 将连续成像的图像序列在时间上的精度从通常的数十微秒级提高到单微秒级。

为了解决现有目标跟踪系统难以小型化和跟踪速度慢的问题, 设计了一种以型号为STM32F103ZET6的32位ARM处理器为主控芯片的二维运动目标跟踪系统。系统包括搭载了高清网络摄像机的二维跟踪云台和以STM32为核心的超声电机双路驱动器。系统通过上位机图像处理识别目标, 控制下位机超声电机双路驱动器驱动二维云台跟踪目标。实验结果表明, 该系统响应速度快、结构简单且跟踪精度高, 云台可实现水平方向0°~360°、竖直方向0°~180°旋转。

暗原色先验规律在天空区域的不适用, 将会导致去雾后图像中的天空区域产生明显的噪声放大和色彩失真, 为此提出基于天空区域分割的改进暗原色先验去雾算法。 首先, 采用将K均值聚类与增强边缘提取相结合的方法来进行天空区域分割, 之后对有雾图像中天空区域的透射率进行修正, 以得到改进的去雾后图像。该方法在天空区域分割的准确性上较好, 去雾后图像不仅天空区域失真与噪声等显著减弱,还保证了远景清晰度。实验表明, 该方法明显改善了去雾后图像天空区域的视觉效果并保留了远景清晰度, 使去雾后图像显得清晰的同时表现得更加自然。

在高强度超声聚焦(HIFU)治疗中, 图像自动导航是整个治疗过程的关键步骤。针对超声肿瘤图像分割提出了两种算法, 分别为梯度阈值法和区域合并法。其中梯度阈值法针对分水岭过分割的缺陷, 选取小于设定的梯度阈值的点作为分水岭变换的种子点, 从而很好地抑制了过分割现象；区域合并法首先通过分水岭变换将图像过分割成许多具有区域均质性的超像素, 然后基于最小描述(MDL)原则进行合并, 将拥有相似纹理特征的小区域聚类在一起, 达到抑制过分割的目的。实验结果表明这两种算法有效地解决了分水岭变换过分割的问题, 同时能够很好地应用到超声肿瘤图像分割中。

拉曼光谱仪是一种常用的光学分析手段, 目前国内市场上存在许多小型的便携式拉曼光谱仪, 虽然操作简单, 但光谱分辨率及探测范围有限。文章设计并搭建了一台具有显微原位测温功能的大型拉曼光谱仪系统, 测试结果表明, 系统能够探测的波数范围为-6 000~325 cm-1、275~6 000 cm-1, 光谱分辨率可达到0.7 cm-1。将其与已经商业化的便携式拉曼光纤探头对比, 对标准样品硅片及其他样品的测试结果表明: 该系统具有更高的信噪比及灵敏度, 对激发光、杂散光的滤除效果更优, 能够探测到样品的反斯托克斯拉曼信号, 具有原位探测样品表面温度的能力。

针对常用特征点匹配算法在低对比度图像中存在特征点少、匹配精度低的问题, 将图像自相似性用于图像特征点提取, 并改进特征点匹配过程, 提出了自相似性与改进归一化互相关相结合的方法。该方法首先根据像素点自对称值提取出图像特征点, 然后通过特征点的尺度信息构建自适应相关窗口来改进互相关匹配, 最后由阈值筛选和随机抽样一致性算法优化匹配结果, 从而完成低对比度图像特征点的提取和匹配。实验结果表明, 该方法在匹配低对比度图像特征点时相比常用算法具有较高的效率, 且对图像尺度和旋转变换具有较强的鲁棒性。

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题, 提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案。运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究, 针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题, 设计了非球面准直透镜, 准直后发散角为0.403 mrad；针对光束尺寸与光纤的匹配问题, 进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计。实验结果表明, 合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412 μm, GEO点尺寸为290.071 μm, 光束中95%以上的能量集中在300 μm以内, 实现了多束LED光源与光纤的高效耦合。

传统的干涉光谱仪光谱复原算法是利用傅里叶变换复原光谱, 该方法为了消除有限光程差造成的旁瓣对光谱复原精度的影响, 进行了干涉图切趾处理, 但这会降低复原光谱的光谱分辨率。为了保证光谱分辨率和提高光谱复原精度, 文章提出一种光谱复原方法——基于仪器特征矩阵的Sagnac干涉光谱仪光谱复原方法。该方法旨在通过实验室定标及理论推导为每个Sagnac干涉光谱仪系统构建一个仪器特征矩阵, 对仪器特征矩阵利用最小二乘法复原光谱。利用多种物质的光谱进行仿真实验, 测试两种光谱复原方法的光谱复原精度, 结果显示仪器矩阵方法的复原误差稳定在1%~3%, 而傅里叶变换法的复原误差在3%~7%的范围内。因此, 和傅里叶变换光谱复原方法相比, 基于仪器特征矩阵的光谱复原方法的光谱复原精度更高。