针对各向异性高斯方向导数滤波器运算量大、耗时长的问题,利用盒式滤波器拟合出各向异性高斯方向导数滤波模板,并结合积分图像,提出一种性能优良的快速角点检测算法。利用盒式滤波器设计了6个方向的导数滤波模板,并结合积分图像,快速计算输入图像在各个方向上的导数响应;基于角点的稀疏特性,提出一种候选点粗筛选机制,快速筛选出候选角点区域像素以减少后续运算所涉及的像素数量;针对每一个候选像素,利用各个方向的导数响应构建多方向结构张量积,生成角点测度。将提出的算法与9种经典的检测器在仿射变换、高斯噪声干扰等条件下进行性能评估,在尺寸不同的测试图集上进行耗时对比。实验结果表明,新提出的算法具有优良的检测性能,耗时少,满足实时处理的需求。

传统非局部均值(NLM)算法在滤波过程中采用固定滤波系数,从而导致图像细节过度平滑。为解决此问题,引入结构张量(ST)的迹作为图像特征区域的判别准则,设计了一种自适应滤波系数的权值函数(ST-NLM)。此外,针对传统算法计算耗时的问题,采用积分图像对算法进行加速。测试结果表明:经ST-NLM方法去噪后,图像整体平滑度和细节保留程度均较好;与NLM相比,ST-NLM方法的峰值信噪比提高了3 dB,结构相似度提高5%,运行速度提高约2倍。

在复杂光照条件下二维码扫码器采集到的图像容易出现整体高亮、阴影区域和局部高亮、阴影区域, 使得图像分割阈值确定困难, 研究了Sauvola算法中的窗口大小w值和修正因子k值对于QR码图像二值化的影响。针对全局二值化方法抗噪能力差和局部二值化方法处理速度慢的缺陷, 提出了一种改进的QR码图像二值化方法, 将Otsu和Sauvola算法相结合提升算法抗噪能力, 并利用积分图算法提高算法运行效率。实验证明, 该方法二值化效果优于经典的二值化方法, 平均运行效率比原Sauvola算法提高17倍, 提升了识别成功率。

快速有效地对所获图像进行去噪是提高激光主动成像制导精度的关键一步。针对成像中的散斑噪声，提出了一种改进的小波阈值与基于积分图像的非局部均值滤波相结合的去噪算法。首先对激光主动成像图像进行噪声分析；然后通过对数变换将乘性噪声转换为加性噪声；而后将含噪图像进行两层小波分解，在第一层高频部分运用改进的小波阈值法，在第二层高频部分运用基于积分图像的非局部均值滤波算法进行去噪；最后进行相应的逆变换得到去噪图像。理论分析和实验结果证明，该算法能有效去除噪声，较好地保证了图像细节，并且满足激光主动成像制导对图像去噪实时性的要求。

为了实现机器人在弱纹理场景中的避障和自主导航, 构建了由双目相机和激光投点器构成的主动式双目视觉系统。对立体视觉密集匹配问题进行了研究: 采用激光投点器投射出唯一性和抗噪性较好的光斑图案, 以增加场景的纹理信息; 然后, 基于积分灰度方差(IGSV)和积分梯度方差(IGV)提出了自适应窗口立体匹配算法。该算法首先计算左相机的积分图像, 根据积分方差的大小确定匹配窗口内的图像纹理质量, 然后对超过预设方差的阈值与右相机进行相关计算, 最后通过遍历整幅图像得到密集的视差图。实验结果表明: 该视觉系统能够准确地恢复出机器人周围致密的3D场景, 3D重建精度达到0.16 mm, 满足机器人避障和自主导航所需的精度。与传统的算法相比, 该匹配方法的图像方差计算量不会随着窗口尺寸的增大而增加, 从而将密集匹配的运算时间缩短了至少93%。

传统的二维Otsu法采用灰度级-平均灰度级二维直方图, 针对传统二维直方图区域划分存在的不足, 基于灰度级-梯度二维直方图, 提出了一种引入积分图像的快速二维Otsu法, 利用积分图像降低搜索二维直方图最佳阈值的计算复杂度, 从而减少了计算量。实验结果表明, 该方法具有良好的分割效果, 大大地提高了计算速度, 是一种快速有效且实时性好的阈值分割算法。

为了实时提取图像中任意尺寸窗口区域的不变矩, 提出了一种快速计算方法。该算法通过构造一组积分图像, 避免了在直接计算中出现的大量重复运算, 使得图像中任一子窗口区域的不变矩都可以通过组合几个查找表运算得到。由于查找表运算的加法和乘法次数是恒定的, 从而使得不同尺寸窗口区域的不变矩的计算均能在相同时间内完成。实验结果表明, 该方法不会引起计算精度的损失, 极大地降低了计算复杂度。对于从300×300pixels图像中提取的所有81×81pixels的窗口区域的不变矩这一任务而言, 快速算法仅需31ms, 比直接计算的速度提高了324倍。

针对红外图像中普遍存在的高噪声与边缘模糊问题，提出了一种新的红外图像处理方法。基于积分图像理论，结合高频增强滤 波法，给出了红外图像降噪去条带算法，设计了软件并实现了处理效果。仿真结果表明，与传统的方法相比，该方法具有速度快、自适应能力强和条带去除明显 等优势，并可以尽可能多地保留原始图像的细节特征。

为了实现视频序列图像中运动人体肢体的检测，提出了一种基于积分图像和类哈尔特征的检测方法，类哈尔特征(Haar-like feature)因其固有的特点，适用于检测矩形或类矩形的图像区域，积分图像的特点是可以利用类哈尔特征快速定位人体肢体在图像中的位置。积分图像用于表示视频中的原始图像，边缘检测模板与原始视频每一帧进行卷积之后，通过累加计算可以得到该图像的积分图像，然后利用类哈尔算子，根据设定的阈值，即可以准确定位人体肢体位置。实验结果表明: 该方法较背景减除法检测人体肢体准确。

研制了一种用于快Marx发生器的三电极场畸变结构的气体轨道开关, 针对3种不同的绝缘介质N2、干燥空气和SF6/Ar混合气体开展了轨道开关的自击穿特性和触发特性研究。结果表明:轨道开关的自击穿电压与气压基本呈现线性关系, 并且在相同实验条件下, 相对于N2和干燥空气, 当绝缘介质为SF6/Ar混合气体时, 轨道开关具有工作电压范围宽、工作系数低、触发击穿延时短、抖动小的优点。采用数码相机拍摄了开关导通过程中形成的放电通道积分图像, 初步研究了绝缘介质、电流大小等因素对开关形成多通道的影响。结果表明:提高触发电压、充电电压和放电电流及采用SF6/Ar混合气体均能够有效增加放电通道数目。