针对天基序列星图配准存在的效率和精度问题, 提出了一种天基序列星图高精度在轨实时配准方法。对基准图和待配准图进行分块, 通过预设搜索框的方式, 采用归一化相关系数匹配法, 获得整像素精度的子图匹配结果; 对该结果的小邻域进行二次曲面拟合, 获得亚像素精度的匹配对点; 使用单应变换模型求解星图的变换关系, 完成单帧星图的配准; 使用基于末帧的窗口滑动方式, 实现序列星图的连续实时配准。实验结果表明, 所提方法可以避免恒星质心提取误差和天基平台长时间运动对配准精度造成的影响, 相比标准的块匹配, 对于16位4096×4096的真实天基星图, 所提方法的子图匹配计算效率提升98.7%, 配准时间缩短了89.0%, 单帧配准的峰值信噪比平均提升了将近0.20; 所提序列星图的连续配准方式, 速度达到了0.040秒/帧, 配准结果的峰值信噪比为6.765, 能满足高精度和高实时性要求, 通过适当移植优化有望应用于后续的天基平台的弱小目标检测。

针对飞行器未知环境下自主地形跟随问题, 提出了基于前视序列图像天地线的地形跟随方法, 并利用适应角法设计了制导律, 该方法利用被动成像实时探测飞行前方地形信息, 降低了对数字地图保障及高精度导航的需求。六自由度非线性数学仿真结果表明 : 基于前视序列图像天地线的方法较传统基于数字地图的方法, 地形跟随平均离地高度可降低35%以上, 可大幅提高飞行器超低空突防性能。

背景辐射噪声是弱信号检测面临的难点问题。提出了一种显著提升信噪比实现匀速运动弱目标的有效检测算法。建立目标坐标空间和速度空间，以不同速度矢量控制图像叠加，形成提升了信噪比的新的图像序列并构成图像空间；利用恒虚警判决法在图像空间中检测候选目标点；根据候选目标点所对应的坐标向量和速度向量分别映射到坐标空间和速度空间，由两个空间中出现的峰值判定目标点。实际红外成像系统实拍实验表明，算法能将信噪比提升至接近原图的n^1/2倍，目标检测概率和虚警概率都明显优于所对比的弱目标检测算法。

针对产品表面正确性的快速自动无损检测问题，提出了利用垂直投影法确定旋转步长来获取序列图像的方法，并将一种针对尺度旋转不变性（ SIFT）改进的 SURF算法应用到此方面，该算法通过计算积分图像和 Hessian矩阵大大提高了特征点检测的速度，节省了图像匹配时所用的时间，并提高了算法的实时性。首先通过确定旋转步长来获取标准序列图库，其次通过 SURF算法寻找最优匹配位置，最后通过相关度的计算来判别各区域是否有缺陷。实验表明，在对待检测图像和标准序列图像库中的 5幅图像匹配时 SURF算法比 SIFT算法大约节省了 2.6 s，显然，把 SURF算法应用于序列图像中匹配可以大大节省缺陷检测时所用的时间。

管道滤波算法提出了从时域角度解决弱小目标检测问题的思路, 对于红外强起伏天空背景中弱点目标的检测问题, 管道内强噪音的干扰以及低信噪比的条件会导致检测概率降低的情况出现.本文提出了一种运动方向估计的管道滤波算法, 分析了红外弱点目标的运动特性, 依据弱点目标在相邻帧间位置具有连贯性的特征, 建立了弱点目标的运动方向估计模型.在模型中利用弱点目标逐帧检测的先验位置信息, 估计弱点目标的运动方向和轨迹, 根据估计结果去除管道内噪音对弱点目标的干扰.仿真结果表明, 该方法能够很好地抑制管道内噪音的影响, 提高弱点目标的检测概率, 增强弱点目标抗管道内噪音干扰的能力.

利用混合高斯模型描述序列图像背景是地面复杂背景下红外搜索跟踪系统中的关键技术。针对背景更新算法的收敛性和估计准确性的问题, 提出了一种自适应混合高斯模型的背景更新框架。该背景更新框架通过建立混合模型迭代过程中学习因子与时间、模型状态的关系并且自适应选择混合模型中高斯分布的个数, 有效地提高了背景估计的精确程度和算法的收敛速度。通过真实序列图像详细分析本文背景更新框架性能, 同时研究设计了基于 TMS320C6678DSP芯片的背景更新图像处理系统, 实现了视频的传输、处理等系列功能, 并与其他算法作比较, 从数据分析和实验结果等方面表明本文算法的优越性。

针对利用鱼游运动机理对水下仿生器进行研究的问题，本文从动态图像处理的角度出发，建立了基于动态图像序列的鱼体体干运动模型。首先，通过边缘检测得到鱼体轮廓，提出基于欧式距离变换的鱼体体干线提取方法，然后，拟合体干包络线和体干若干点的平动方程，获得细长体理论参数，建立鱼体体干运动模型。实验表明，本文建立的运动模型可以真实有效的描述自然状态下鱼类游动的体干曲线形变。

针对序列图像中小目标的运动具有运动的连续性和轨迹的一致性等特征，提出了采用单帧检测和多帧检测相结合的处理方法。对单帧图像进行预处理和图像分割，得到去掉大部分背景和噪声点的图像，并在图像中选取候选目标点进行标记。然后对处理后的序列图像进行N帧叠加。对叠加图中的标定点利用8邻域搜索法进行目标筛选，进而检测出目标。实验结果表明，该方法实用性强，能简单、快速、有效地检测出序列图像中的运动小目标。

提出了一种新的基于几何代数的彩色光流场计算方法,从新的角度出发讨论了运用几何代数的概念来解决彩色图像序列的可行性和简便性。在几何代数域内对彩色图像序列用多重矢量表示,证明了彩色光流场分析时进行约束条件时的测量问题,通过多重矢量而非多通道的图像处理方法来表示图像连续特性,从而扩大了测量范围;然后依据物体色彩在运动过程中保持不变的原理,在几何代数域内推导了彩色图像序列的光流约束方程及其解法。结果表明,该算法能够显著提高各种情况下的彩色光流场计算能力。