工业零件的产品检测是保证零件质量合格最重要的环节。传统的接触式检测方法难以满足工业现场高效、高精度等需求, 基于机器视觉的图像测量系统已广泛应用于检测产品的几何参数。非透明物体形成的高对比度图像的测量已经进行了大量的工作, 针对透明物体形成的低对比度图像的研究相对较少。以直角棱镜为对象, 开发了一种用于测量低对比度产品尺寸的图像测量系统。对不同光照强度下采集到的图像进行平均, 得到平滑的图像; 采用限制对比度的直方图均衡化算法增强图像的对比度和使用Zernike矩边缘检测算法确定精确的亚像素边缘。通过多个对比实验验证了改进算法的合理性和优越性。棱镜厚度的平均误差小于0.003mm, 标准偏差小于0.0015mm。提出的方案为相对透明物体的高精度测量领域提供了一种可行性方案。

光子晶体等人工微结构中出现的连续域束缚态(BIC)处于光锥以上却不与背景泄漏模耦合, 具有无限高的品质因数(Q值), 构建在BIC或准BIC工作的激光器具有低阈值的优点。而低对比度光栅常用于低成本激光器的模式调制和耦出。针对激光器简化三层平板结构, 提出利用上盖层刻蚀低对比度光栅诱导出Q值高达9.2×105的准BIC模式, 并发现激光腔中模式的Q值对有源层的厚度变化相比上盖层光栅刻蚀深度的变化更敏感, 且下盖层的厚度变化使Q值被周期性增强, 准BIC的Q值可以被增强到9.66×106。研究结果对光栅基的低阈值电注入面发射激光器的设计具有指导意义。

由于水体对光的吸收和散射,水下光电图像具有低信噪比、低对比度等特点,导致目标难以识别,限制了水下光电成像装备的实际应用和发展。为提高目标的探测精度和识别率,提出包含一维并行卷积和子像素卷积的深度卷积神经网络,利用其从水下光电图像训练集中学习优化图像质量的参数,实现了去噪和对比度增强。实验结果表明,相比于经典去噪方法和对比度增强方法联合处理的结果,本文方法得到的峰值信噪比和均方根对比度分别平均提高了2.93 dB和14.41,能够有效地权衡去噪、对比度增强和亮度提升等,获得适合人眼视觉感受的图像,且处理单幅图像的平均速度是经典方法的9.46倍。利用测试集对网络进行测试,其在一定范围内较好地优化了图像质量,具有一定的泛化特性。

针对常用特征点匹配算法在低对比度图像中存在特征点少、匹配精度低的问题, 将图像自相似性用于图像特征点提取, 并改进特征点匹配过程, 提出了自相似性与改进归一化互相关相结合的方法。该方法首先根据像素点自对称值提取出图像特征点, 然后通过特征点的尺度信息构建自适应相关窗口来改进互相关匹配, 最后由阈值筛选和随机抽样一致性算法优化匹配结果, 从而完成低对比度图像特征点的提取和匹配。实验结果表明, 该方法在匹配低对比度图像特征点时相比常用算法具有较高的效率, 且对图像尺度和旋转变换具有较强的鲁棒性。

光电混合联合变换相关器可以实现光学图像的探测、自动识别、实时跟踪和高精度定位。但当实际的目标图像对比度低、背景噪音大时, 相关峰对比度降低, 甚至没有相关峰。文章将空域直方图均衡化与频域滤波器相结合, 提高了目标图像的对比度, 减小了背景噪音, 获得了尖锐的相关峰, 解决了复杂背景低对比度目标图像的识别问题, 获得了很好的实验结果。大量的计算机模拟和光学实验表明, 相较于其他复杂的算法, 该算法简单、实现速度快, 效果良好。

分析了影响大气层内扩展目标成像对比度的主要因素, 研究了整体倾斜校正对扩展目标对比度影响的数学关系, 并分析了采用绝对差分算法提取整体相位倾斜的复杂度优化问题。采用快速倾斜镜对成像光束整体倾斜进行校正能够提高扩展目标的成像对比度, 降低后端数字图像处理的难度, 进一步减少目标识别和跟踪所需要的时间,对提高低对比度目标的光电跟踪效率具有参考意义。

针对低对比度环境下拍摄目标图像所产生的低识别率问题，提出了一种基于小波提升算法的偏振信息融合方法，该方法采用偏振技术进行目标探测，应用小波提升算法所具有的计算量少、处理速度快等优点将偏振度和偏振角等信息分解为高频和低频部分，分别对高、低频系数采用不同规则进行融合，使得融合后目标边缘轮廓完全从低对比度环境中凸显出来，且细节信息完整、清晰，易于人眼对目标的识别。通过对大量低对比度场景下的目标进行识别及对融合结果进行评价，实验表明，该方法能有效地提高低对比度环境下目标的识别效率，验证了算法的可行性。

高精度光学玻璃折射率是保证光学设计和成像质量的重要条件，主要由V 棱镜折射仪进行检测。在图像对准式V 棱镜折射仪中，用于对准的平行光管所成狭缝中的单线图像质量，直接影响折射率测量中的对准精度，尤其当单线与背景对比度不高时，会大大影响仪器的测量精度。提出一种自适应灰度拉伸和垂直投影相结合的图像增强算法,该方法能快速提取低对比度的单线图像。通过对比实验证明了本算法的有效性，将测角精度提高到了±1"，算法稳定测量重复性优于1×10-6，对提高测量光学玻璃折射率的精度有实际意义。