针对某机载平台中钢丝绳传动带来的非线性误差及外部扰动等因素直接影响平台相机成像质量的问题，提出一种模糊自适应前馈补偿的控制策略。首先对钢丝绳传动机构和高精度直流伺服电机进行了建模，并建立了摩擦模型，为转台速度环控制回路引入模糊自适应 PID控制器。设计出前馈补偿和模糊自适应控制器的复合控制策略。Matlab仿真结果以及实验表明该复合策略能有效消除飞机振动和钢丝绳非线性带来的抖动，转台的稳定精度从 1 mrad提高至 0.2 mrad，大幅地提高了成像质量。

为提高红外图像弱小目标检测的准确率和实时性，在分析用于红外图像增强的分形参数K相关的多尺度分形特征(MFFK)基础上，提出了一种基于改进多尺度分形特征(IMFFK)的红外图像弱小目 标检测算法。首先，将基于地毯覆盖法的分形维数计算公式代入MFFK计算公式，提出了一种改进多尺度分形特征(IMFFK)用于图像增强。其次，对IMFFK特征计算进行简化，采用自适应阈值分割得到 感兴趣目标区域，提出了一种具有较高计算效率的红外图像弱小目标检测算法。最后，通过仿真图像分析了主要参数对图像增强和算法耗时的影响，采用红外真实图像进行了算法检测性能测试，并 与当前基于局部对比度测度的目标检测算法进行了对比。实验结果表明，提出的算法虽然在一些检测场景具有较多虚警，但能同时适用于弱小目标和较大目标检测，且无论目标为亮目标或暗目标。 提出算法对于低分辨率红外图像(320×240)检测接近30 frame/s。提出算法具有较强的适用性，能够检测出红外图像中具有较高局部对比度的目标。

在编码孔径成像光谱仪中,由于数字微镜器件(DMD)工作在倾斜光路中,导致编码元在探测器上产生非对称形变,解码时无法确定所获编码图像各像素对应的编码方式。为解决这一问题,提出“非对称形变的规则条纹校正”方法,通过规则条纹在探测器上产生变化,直观地观察编码元形变,根据已知条纹规则,即可定量分析图像的形变量并进行校正。该方法可以保证在系统全视场清晰成像的前提下实现对编码图像的校正。首先介绍了所设计光谱仪的成像原理以及编码元的形变原因,其次在实验过程中调节探测器以获得全清晰视场,最后利用提出的方法对编码图像进行处理。实验表明,处理后图像与理论值的相似度比未处理时高37.87%,图像恢复DMD加载的图样形状,为后续的解码运算奠定了基础。

搭建了辐射定标系统, 使用高精度的面源黑体作为标准辐射源, 对长波红外相机进行辐射定标实验。利用实测数据分析了面阵探测器的响应值与入射辐射、积分时间的关系, 确定了辐射定标模型, 并在此基础上提出了快速辐射定标方法, 即选择2个温度对应2个积分时间组合下的3幅图像, 通过数据处理可实现对辐射定标模型中的参数求解。最后, 使用420组实测数据中的398组有效数据对该简化辐射定标模型进行了可靠性验证, 结果显示, 各温度下模型计算值与实测值相对误差均小于1%, 拟合度均大于0.999。实验表明, 该辐射定标方法在实现对不同积分时间快速定标的同时保证了辐射定标的精度。

图像增强算法能够提高图像整体和局部的对比度，突出图像的细节信息，使增强后的图像更符合人眼的视觉特性且易于机器识别，在**和民用领域具有广泛的应用。本文从图像增强算法的原理出发，归纳总结了近年来应用比较广泛的4类图像增强算法及其改进算法，包括直方图均衡图像增强算法、小波变换图像增强算法、偏微分方程图像增强算法和基于Retinex理论的图像增强算法。结合人眼视觉特性、噪声抑制、亮度保持和信息熵最大化等图像增强的改进算法，在保证增强图像具有较高对比度的前提下，可进一步提升图像的质量。实现了9种较为典型的图像增强算法，采用主观和客观的评价方法对增强效果进行了对比，分析了不同增强算法的优缺点，并给出了这些算法的计算时间。对这些算法的深入研究能够推动图像增强技术向更高水平发展，从而使图像增强技术在多个学科领域发挥重要作用。

为了研究凝视型激光主动成像系统对非合作目标的成像性能及在目标跟踪中的应用,设计了基于APD阵列和分束照明的凝视型激光主动成像系统。对激光回波功率与目标距离之间的关系进行了理论分析, 结果显示: 200 m外目标的回波功率小于1 μW。为提高系统作用距离, 选取高增益带宽积跨阻放大器OPA657N提高系统增益, 并通过优化元件布局来克服高跨阻值时的通道串扰。实验验证了距离方程的正确性。在此基础上, 采用八连通团块检测方法实现目标探测, 并对两轴目标跟踪进行了实验验证。结果显示: 系统能够对200 m处非合作目标稳定成像, 并能获取420 m处非合作目标的回波信号; 当目标在俯仰轴、偏航轴方向行程大于2.5°时, 系统能够实时探测并稳定跟踪。

自动形态学端元提取(AMEE)算法中的形态学算子在纯像元集中分布的区域无法得到正确的结果。现有膨胀操作在每个结构元素内只能提取一个候选端元, 会造成重要像元丢失。为了解决这些问题, 采用改进的形态学算子和结构元素对AMEE算法进行了改进。首先引入参考光谱向量的概念构建了改进的形态学算子, 并给出了形态学离心率指数新的计算方法, 然后利用偶数大小、改进的结构元素, 从每个结构元素内选出4个候选端元, 最后对改进的基于自动形态学的端元提取算法进行了分析和实验验证。结果表明, 改进的方法能从纯像元集中分布的区域获得正确的候选端元, 并在一定程度上避免膨胀过程中的信息遗失, 从而能够有效地提升端元提取的精度和像元解混的效果。

为了解决在应用传统高光谱地物识别方法时, 由于吸收峰个数不同, 造成的光谱匹配误差较大的问题, 采用了一种基于高光谱吸收峰特征的选择方法, 根据选择后的吸收峰特征进行光谱曲线匹配。该算法首先对高光谱曲线进行包络线消除并提取光谱特征参量矩阵, 然后根据标准特征参量矩阵与待测特征参量矩阵的每个向量的余弦距离-欧氏距离来逐一寻找吸收峰的匹配向量, 之后根据选择的吸收峰特征参量矩阵进行了理论分析和实验验证。结果表明, 该算法可以搜寻到最佳的特征参量向量, 从而实现吸收峰的选择, 用选择后的吸收峰的特征参量矩阵进行高光谱匹配。这一结果对降低匹配的误差是有帮助的。

为提高成像效率, 研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源, 通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息; 基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外, 光学系统采用收发共孔径结构, 保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同, 系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔, 实现了45 ps的计时分辨率。最后, 将19 m和31 m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验, 并给出了所获取的距离图像。结果表明: 两个目标的平均距离分别为19.28 m和31.54 m, 测距误差分别为0.28 m和0.54 m, 显示提出的设计方案切实可行。

分析了影响陀螺稳定平台隔离控制精度的主要因素, 包括被控系统模型中的未建模部分、状态的随机扰动以及输出信号的测量噪声等。研究了综合解决各方面影响因素的控制方案以进一步提高陀螺稳定平台隔离精度。针对上述影响因素, 设计一个两步控制策略。第一步, 利用自抗扰对系统中未建模部分进行观测及其前向补偿, 将自抗扰控制中的反馈控制设计为PID控制, 以实现抗平台扰动的调节控制; 第二步, 利用Kalman滤波器对系统中的状态扰动及测量噪声进行滤波消除。详细描述了提出的控制策略并对其性能进行了系统仿真实验及参数优化。结果表明, 该方案在幅值为3°、频率为1/6 Hz的载体扰动下能达到4.61%的隔离度, 与非线性摩擦力建模辨识及其前向补偿策略控制实际陀螺稳定平台达到的隔离度的最好值9.39%相比, 文中提出的控制隔离性能提高了50.9%, 具有更高的实用价值。