计算成像是集光学、计算科学、信息科学于一体的新兴交叉领域技术。该技术基于多维光场调控与解调的信息传输原理，利用前端光电成像系统与后端数据处理的“一体化设计”，解决光场信息维度与探测维度不匹配的问题，从而有效提升感知能力和探测性能，目前已成为光电成像领域的前沿方向。其中，散斑成像能够通过调控散斑场来实现强散射光成像，打破了光散射妨碍成像的传统观点；空域和时域压缩计算成像通过对光场信号的编码，能够突破半导体工艺、大量数据传递与处理对高分辨率、高速探测器的限制；压缩计算光谱成像结合光学调制、复用探测与计算重构，解决了传统光谱成像中系统复杂、数据采集效率低和分辨率受限的问题。详细介绍这3类计算成像模式的原理方法和最新研究进展，分析当前尚存的问题，并对这类技术的未来发展方向进行了展望。

将传统散斑相关法应用于结构试件变形测量中存在一定的角位移范围限制,针对这一问题,提出了一种采用对数极坐标变换的散斑相关角位移测量法。首先,该方法采用对数极坐标变换,将结构试件散斑图像在直角坐标系下的角位移转换为对数极坐标下的平移;然后,利用散斑相关法结合九点二次曲面拟合法实现散斑图像的角位移测量;最后,通过模拟实验与实物实验验证了方法的有效性。实验结果表明,在[0°,90°]的角位移变化范围内,本方法角位移测量的均值误差控制在0.06°内,标准差控制在0.02°内,有效提高了现有散斑相关法的角位移测量范围与测量精度。

在散斑视觉测量中,通常引入标志点以提高散斑的测量效率。针对传统标志点匹配过程中存在的匹配时间长、匹配准确率低等问题,提出了一种采用改进KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法的标志点匹配方法。该方法在利用改进加速稳健性特征(SURF)算法对标志点进行检测以建立初始匹配点的基础上,采用改进的KLT算法实现标志点的匹配,并利用最大双向误差作为约束条件删除匹配过程中存在的误匹配点,以提高匹配的可靠性。最后,对机翼颤振测量中涂敷在机翼模型散斑区的标志点进行了匹配实验验证。结果表明,与传统的尺度不变特征转换(SIFT)与SURF匹配算法相比,所提方法在匹配时间上分别减少了75.9%和42.8%,在匹配准确率上分别提高了30.6%和22.2%。

《基于激光诱导及散斑图像处理的航空发动机尾气粒子流场监测关键技术研究》国家自然科学基金委员会与中国民用航空局联合项目(项目编号：U1533111)采用激光诱导白炽光的方法向航空发动机尾气区域发射高功率激光, 激光聚焦区域的尾气粒子将产生高温炽化现象并形成白炽散斑。采用双目视觉测量系统对炽化区域粒子的流场分布进行测量与监控, 建立发动机尾气粒子三维流场分布模型与发动机运行状态之间的关系, 系统测量原理示意图如图1所示。

针对单独的线性滤波和非线性滤波方法难以解决混合噪声滤除的问题, 基于现有的标准自适应中值算法和梯度倒数加权平滑算法, 提出一种自适应中值梯度倒数加权的图像滤波算法。该算法自适应调节窗口大小检测出椒盐噪声并进行中值滤波处理, 同时通过设定的阈值对高斯噪声进行梯度倒数加权平滑, 以达到滤除混合噪声的目的。实验表明, 该算法与标准自适应中值滤波算法和梯度倒数加权平滑算法相比, 能够很好地滤除高斯噪声、椒盐噪声, 以及两者的混合噪声, 并且对高强度的图像噪声具有明显的滤波优势。

根据项目研究目标，将研究内容细分为3个方面：1) 在红外多光谱检测原理的基础上，建立飞机表面残冰的反射模型，对不同飞机蒙皮材料及涂装下形成的残冰反射特性进行研究；2) 针对残冰的反射特性，对其红外多光谱图像进行分析，研究飞机表面残冰的识别与检测技术；3) 为提高检测精度与检测灵敏度，研究不同飞机涂装的反射特性以及不同检测环境条件下的红外辐射影响。

针对影像测量领域中自动对焦方法存在的对焦准确性不高、对焦过程复杂等问题, 提出了一种采用加权最小二乘准则的自动对焦方法。首先, 根据不同种类图像清晰度评价函数的评价特性, 选定对焦过程中所用的图像清晰度评价函数。其次, 在图像清晰度评价函数的基础上进行两阶段对焦, 即粗对焦阶段与精对焦阶段。然后, 分析了加权最小二乘准则中加权系数的确定原则并给出了其具体确定方法。最后, 对精对焦阶段所得清晰度评价值进行归一化处理, 采用加权最小二乘准则进行高斯曲线拟合求取极值, 极值位置即最终正焦平面。实验结果表明: 在步距为0.1mm的条件下, 该方法与现有的洛伦兹(Lorent)、Gauss拟合方法相比, 对焦误差由0.05mm降低到0.02mm, 有效地提高了现有曲线拟合法的对焦准确性。

与传统测量方法相比, 数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性, 能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题, 研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法, 并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析, 得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性, 为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。

为了预测激光深熔焊T 型接头的焊缝形貌并优化工艺参数，基于响应面分析的方法，建立了激光深熔焊工艺参数与焊缝形貌特征参数之间的数学模型，进行了方差分析、模型验证。基于所建模型，研究了工艺参数对焊缝形貌的影响规律，并对工艺参数进行了优化，从而实现了对焊缝形貌的预测。结果表明，所建立模型能够准确预测焊缝形貌，预测值与实验值误差很小，经优化的工艺参数既满足焊缝形貌要求也可降低热输入约27％。

激光钎焊过程中有很多影响焊接接头质量的因素，如激光功率，焊接速度，离焦量等，主要研究了送丝速度对焊接接头力学性能的影响。实验结果显示：焊接接头中有Fe-Si(Cu)弥散相的析出，这些析出相呈现颗粒状，小岛状或者花瓣状分布。当送丝速度达到2.0 m/min时，弥散相的分布最为密集，焊接接头的力学性能最好，并高于母材，在母材处发生断裂；当送丝速度为1.7 m/min和2.3 m/min时，Fe-Si(Cu)相只是零星的分布在焊接接头内，接头力学性能比母材差，拉伸实验断裂在焊缝处，断裂方式属于韧性塑性型。