针对空间扩展目标成像纹理特征少，背景单一，以及目标旋转、平移、形变等运动特征所导致的目标定位跟踪困难的问题，研究了基于惯量椭圆位姿补偿的目标定位跟踪方法（TTBPC）。通过惯量椭圆测姿法获取目标准确俯仰角姿态，将目标位置、姿态补偿到统一的坐标系下，结合最近距离特征点匹配原则，最终实现对空间扩展目标的精确跟踪定位。通过仿真图像和实际图像对TTBPC方法的有效性进行了验证，平移目标定位误差小于0.26 pixel，旋转目标定位误差小于0.28 pixel，实际空间扩展目标定位误差小于0.3 pixel，这表明该方法应用于空间扩展目标定位的有效性和准确性。

为改善强降质图像的分辨率水平, 提出了一种正则化恢复联合稀疏表示的单帧图像超分辨率重构框架。为同时放大图像并抑制模糊及噪声, 首先根据退化估计正则化平衡极小问题的逼近项和先验项, 然后基于初步的锐利清晰图像和预先建立的图像超完备稀疏表示字典实现边缘保持的图像分辨率放大。正则化恢复的输出改善了传统学习法图像超分辨中低频分量的双立方插值版本, 同时对降质的有效抑制降低了字典原子对退化信息的依赖性。实验结果表明, 本方法可对模糊含噪的低分辨率图像实现有效的超分辨率重构。

3G网络CDMA2000信道带宽低、抖动大。为了在3G网络中进行实时视频通信, 提出一种基于H.264硬件编解码的系统优化设计。该设计包括图像预处理器、H.264硬件编解码器Codec、ARM9主控CPU、网络传输模块。图像经预处理器AD转换, 并进行抽样, 压缩为CIF分辨率, CPU对H.264编码进行综合优化设置, 调整QP参数和GOP结构, 由硬件编码器Codec压缩, 压缩后的数据由CPU封装打包进行网络RTP传输。解码时从网络接收数据, 排序恢复数据后直接交由硬件解码器进行解码显示。实验表明, 优化后的系统可以有效降低图像数据码率, 减少传输带宽需求, 达到3G网络实时通信的设计目的。

机载海洋激光雷达通常被应用于近海岸区域的水下地形测绘、水质和水底特征参数的勘测，新的应用需求对测绘精度与勘测精度的要求越来越高，因此需要更精确的雷达信号解析式，实现水深测量、水质和水底特征参数的反演。基于Mclean等给出的光束扩散函数和海水介质传递函数，采用傅里叶变换方法，引入多次散射和脉冲时间展宽的影响，推导了发射系统和接收系统共轴的水底反射光和水体后向散射光信号的解析表达式，给出了系统衰减系数的计算方法，分析了脉冲展宽对深度测量误差的影响，在浑浊海港海水中，脉冲展宽可达到数十纳米量级。该数学模型能够更准确地描述机载海洋激光雷达接收信号的特征，能够用于分析机载海洋激光雷达的性能，并为海水深度的归算、水体与水底参数的反演提供一定的理论依据。

图像的高质量、低帧率传输有较广泛的应用。由于传输信道的不可靠、易丢包或误码等固有特性使传输图像降质甚至无法正常译码。本文对原图像亚采样后进行低分辨率多描述编码以增强传输鲁棒性, 接收端再采用多幅解码图像超分辨率重构, 可在相同信道条件下得到 2～3 dB的 PSNR增益。并且可以结合目前几乎所有的图像多描述编码技术和超分辨率重构算法, 有很强的应用和推广价值。

从硅光电倍增管(SiPM)单个微元的微等离子体电子行为模型出发，分析了SiPM的电子特性， 提出了SiPM前端电子学最优设计方案。阐述了SiPM的工作机理，给出了SiPM的电子行为模型，分析了SiPM应用于水下三维测深的优势。根据水下测深信号的回波特性，设计了高速、高带宽的前置放大器，并对前置放大器进行了交流分析和瞬态分析。 结果表明， 该前置放大电路在带宽内具有很高的增益平坦度，相位裕度大于60°， 基本保证了信号的完整性，同时保持了激光脉冲的波形。分析和测试结果表明，该探测器和电路设计方案完全能够满足水下三维测深的需要。

为了估计水下激光成像系统的工作距离，根据水下激光成像系统的成像过程，通过分析目标的辐射特性，水体的衰减特性等各因素，建立了水下激光成像系统的信噪比模型。根据识别目标所需要的信噪比阈值、脉冲激光器等器件的性能指标，推导出水下激光成像系统的工作距离公式，并且完成了系统成像距离的计算与仿真。采用 532 nm的 Nd:YAG固体激光器、自组 ICCD相机以及基于 FPGA技术设计的同步控制电路板，进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明：理论模型计算的信噪比与实际图像的信噪比平均误差为 1.37 dB，证实了该模型的合理性。

为了减少红外图像中起伏背景对弱小目标检测的影响，提出一种各向异性的红外背景预测方法。根据红外图像目标区域和平稳背景区域、起伏背景区域的局部梯度特性的差异，引入各向异性微分的思想，并将其边缘停止函数改进为方向梯度值的递增函数，然后用边缘停止函数最小两个方向值的均值作为背景预测值，实现了对不同方向特性背景区域的差异化预测。仿真实验表明，该算法选择性地保留了红外图像的平稳背景和起伏背景区域，达到了良好的背景预测效果。

针对浅水目标探测这一难题，设计了一种基于距离选通技术的水下成像系统。系统围绕532 nm NdYAG脉冲激光器和选通式增强型电荷耦合器件(ICCD)摄像机搭建而成，并且采用激光脉冲作为系统同步控制的触发信号。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术设计的同步控制电路，进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明，采用激光脉冲触发同步控制电路的方法，可有效抑制激光脉冲抖动对系统同步控制精度的影响，从而克服水体表面反射和后向散射对成像的影响，提高了成像质量。在有效衰减系数为0.52 m-1的湖泊中，系统的成像深度可达到水下7 m，对于浅水目标的探测、识别非常有效。

为改善单帧降质图像的分辨率水平，提出了一种新的基于稀疏表示的学习法超分辨率图像重构方法。针对信号在既定的欠定超完备字典下的非稀疏性问题，采用光滑的递减函数逼近 L0范数以避免对稀疏度先验的依赖，从而实现待重构图像块的有效稀疏表示，同时通过梯度下降的迭代优化获得稳定的收敛解。与双立方插值相比，图像的三倍超分辨实验显示，图像峰值信噪比 (PSNR)提高 2 dB，框架相似性 (SSIM)改善 0.04，重构图像剔除了更多的模糊退化及边缘伪迹。该方法适于单帧降质图像的超分辨率增强。