考虑垂直起降无人机着舰问题的特殊性, 提出了一种基于机载视觉的自主着舰方案。突破了传统2D光流测速的弊端, 利用图像球面光流估计出目标舰船的三维速度矢量。为解决传统位置控制方案对着落轨迹精度控制不足的问题, 利用Tau理论实时规划出一条满足着舰软着落约束条件的期望轨迹, 最终以无人机三维飞行速度矢量作为控制量设计了轨迹跟踪控制器。基于Unity3D软件开发视景仿真环境, 模拟不同海况条件, 对所设计系统进行了半实物闭环仿真验证。与传统轨迹规划方案相比, 所提方法无需复杂优化迭代计算, 能同时满足着舰的实时性和精确性需求。

针对连接器表面裂纹人工检测操作繁琐、效率低的问题，提出一种基于机器视觉的连接器表面裂纹智能检测方法。首先，利用基于随机采样一致性的直线拟合方法对待检测区域下边界进行拟合，以定位待检区域和边界。其中，基于单一尺度的形态学运算方法无法有效提取到裂纹区域，根据裂纹特点，提出一种基于多尺度形态学运算的裂纹提取方法，对比实验结果表明，该方法具有良好效果，实现了对裂纹区域的粗提取。再根据裂纹结构特征，提出一种自适应阈值分割方法完成对裂纹区域的分割。最后，通过Blob分析统计目标连通域的位置信息及目标区域的灰度响应强度，完成对真伪裂纹的判别。所提方法最终实现对连接器表面裂纹的实时在线检测，检测准确率可达97.1%。

为了拓展太赫兹吸收器的相对吸收带宽,设计了一种基于石墨烯超材料的超薄、宽频带、可调谐的太赫兹吸收器,其由图案化石墨烯层、电介质层和金属反射底板层叠构成。仿真结果表明:该吸收器在4.48 THz频率处的吸收率为99.98%,通过调节石墨烯的化学势可使该频点处的吸收率变化至25.08%;同时,该吸收器表现出对入射波极化不敏感的吸收特性,且在太赫兹波倾斜入射的情况下仍能保持一定的宽频带吸收特性。在此基础上设计了基于三层图案化石墨烯的太赫兹吸收器,其可进一步拓展吸收频带宽度,仿真结果表明该吸收器在1.90~5.49 THz频率之间的吸收率高于90%,相对吸收带宽为97%。

针对线结构光测量系统中如何准确快速地提取光条中心这一关键问题, 本文提出了一种基于自适应模板的新方法。根据线结构光图像梯度分布特性, 通过高斯卷积获得光条各点的Hessian矩阵。根据图像点的法线方向构造中心提取的卷积模板, 并能够根据光条形态变化, 自适应地改变模板权重分布。通过切线方向采样构建修正模板, 有效修正噪声等因素造成的误差。算法仅对感兴趣区域提取, 大幅减少运算量。实验表明, 该方法具有精度高、对结构形态具有较高的敏感性、实时性较好等特点, 实现了工业应用中线结构光光条中心的高精度快速提取。

为了精确地测量旋光效应中偏振光的旋光角度及其分布，提出了基于偏振分束成像的旋光角度场测量新方法。分析和推理论证了旋光角度场测量理论基础，设计构建了光电检测验证系统，即根据偏振光分束原理，借助于高清晰度CCD采集图像，由计算机对图像进行中值滤波和基于奇异值的匹配处理，再采用“差除和”信号处理以消除光源波动的影响，得到检测结果。实验结果表明，与传统的测量方法相比，该方法不受光源波动的影响，能精确、快速地检测旋光角度二维分布场，并具有很好的线性，数据的均方差仅为传统测量方法的40%。

为了解决基于GPS/惯导为主导航系统的无人机在自主着陆过程中,GPS受他国控制和易受干扰的潜在危险问题,提高无人机利用计算机视觉完成全天候自主着陆的实时性,通过对大气窗口及透过率的研究,确定波段为8～12 μm为无人机载视觉系统的对应波段,并由此研究与设计出地面特殊的可控温合作目标.在快速定位着陆点的同时,确定出无人机着陆的方向.对合作目标图像进行预处理和识别后,其所含目标的数目及其识别时间表明,所设计的合作目标很好地提高了无人机自主着陆导引的实时性.

研究发现,由图像傅里叶周向谱传统算法得到的频谱分布不能够真正反映其频率特性.因此,根据傅里叶变换的共轭对称性,提出了更具有一般性的长方环傅里叶周向谱能量百分比新算法.该算法均匀地把图像功率谱分成20个等间距同心长方环,计算每一个长方环内功率谱能量占总能量的比值作为图像频率分布特征.实验证明,新算法能更好地反映具有一般性的不同频率图像的纹理特征.在对作物缺乏营养元素诊断识别研究中,新算法提取的特征有效性远远高于传统算法,使识别的准确率达到82%以上.