基于图像处理的自动调焦技术是自动调焦的主要发展方向, 其中图像清晰度评价函数是调焦能否成功的关键。红外图像因为其成像细节要小于可见光图像, 简单的图像清晰度评价函数的无偏性和单峰性大打折扣, 因此传统的自动调焦方式不能适用于红外图像。在传统的自动调焦方式上, 提出了基于粗精结合的两段式快速搜索自动调焦方法。该方法将自动调焦分为两个步骤, 首先通过粗调, 迅速找到正焦大致位置, 然后通过精调, 最终找到正焦的精确位置。实验表明, 该方法可以很好的对红外图像成像系统进行自动调焦, 并且系统有着良好的稳定性和实时性。

根据全景辅助驾驶系统的要求, 设计了一种非球面鱼眼镜头, 确定了鱼眼镜头的设计参数和光学材料, 构建了鱼眼镜头的初始结构, 通过对鱼眼镜头的像差校正及优化设计, 给出了鱼眼镜头的设计结果。将设计的非球面鱼眼镜头、畸变校正算法和整体硬件进行实现与验证, 集成到车辆辅助驾驶全景显示系统中, 通过对多个镜头采集的图像进行合成并进行了实际应用验证。结果表明, 系统应用良好。

量子级联激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高及可直接调制等特点, 目前逐渐在诸多领域开展应用。单管量子级联激光器输出激光近似为高斯光束, 利用高斯光束传输规律, 理论分析了激光光束质量的评价方法。实验测量了单管量子级联激光器的输出激光近场和远场的光斑分布, 计算了输出激光发散角, 并利用M2因子评价了输出激光光束质量。

采用数值仿真的方法研究了增益系数对环形腔激光器输出特性的影响。首先给出了考虑横向效应后环形腔激光器模型的光强方程。进一步通过模拟仿真Lyapunov指数随增益系数的演化确定了激光系统的动力学行为, 并展示了考虑到光场的横向效应后环形腔激光器激光斑图的形成。最后, 通过模拟不同增益系数下的激光斑图来说明增益系数对环形腔激光器输出特性的影响。

通过强光辐照光电成像系统实验研究, 得到了饱和像元数与入射光强、光学系统参数、像元饱和阈值等参数之间的变化规律, 并利用光学系统点扩展函数(PSF)进行了理论验证。结果表明, 饱和像元主要由衍射效应引起。推导了饱和像元数与入射光强、波长、光学系统参数、像元饱和阈值等参数之间的关系。

压缩感知(compressive sensing, CS)是近年来出现的一种新的信号获取与处理理论, 能以远低于奈奎斯特采样率对信号进行采样, 并可实现高精度的重构。首先介绍了压缩感知理论, 提出了一种基于压缩感知的非扫描激光雷达成像系统, 然后详述了系统组成及工作流程, 对关键技术进行了分析。该系统以单光子点元探测器作为微弱目标探测元件, 通过空间光调制及图像重构技术, 实现对微弱目标的超分辨率成像。最后利用OMP重构算法在MATLAB平台上进行了仿真验证, 证明了该成像系统的可行性。

相位—高度映射系统标定对相位测量轮廓术三维重建与检测的精度起到决定性的作用, 主要研究拟合阶次对基于多项式拟合的相位—高度映射系统标定精度的影响。通过1~6阶次的多项式拟合标定和三维高度重建, 发现拟合阶次为1~4时可以取得较好的高度重建精度(绝对误差Δ< 5 μm)。对1~4阶次的多项式拟合标定系数进行进一步地研究分析, 并发现当拟合阶次为2时, 拥有较高的重建精度(绝对误差: Δ= 1.36 μm; 相对误差: δ = 1.34%)和稳定性(平均标准差: [σ]= 0.262)。

针对传统全景拼接算法拼接精度低、拼接图像接缝明显的问题, 提出一种基于空间映射图像全景拼接算法。首先, 测量每台相机输出图像畸变中心和镜头畸变参数, 对图像进行畸变校正处理, 获取指定视场大小的无畸变图像; 再根据相邻相机重叠视场区域相似性计算得到每台相机的实际安装位置, 并对畸变后图像进行亮度一致性处理和边界融合处理, 增强拼接图像的整体性和消除拼接接缝; 最后, 根据相机实际安装位置、图像视场大小和图像分辨率, 通过计算图像拼接表获得拼接图像, 得到拼接图像。实验结果表明, 文中算法拼接精度高且拼接图像无缝平滑。

针对传统的红外、可见光等单波长侦察手段在复杂伪装背景下难以准确有效的提取目标的问题, 提出了一种基于超光谱图像的快速反伪装识别技术。首先, 对实时采集的多谱段图像进行配准并进行图像融合获得超光谱图像; 然后, 对融合后的图像进行DDE增强, 凸显图像细节信息; 最后, 对细节增强后的图像进行阈值分割和连通域提取, 获得感兴趣的目标。实验结果表明, 该方法实时性好、消耗CPU缓存资源少, 能将单一波段难以检测的复杂伪装下的房屋营地等目标可以快速清晰分辨出来。

影响制冷型中波红外焦平面探测器图像质量的因素主要包括响应的非均匀性、响应的漂移特性和盲元等。因此, 在红外焦平面成像系统中要进行实时的非均匀性校正、漂移补偿和盲元替代等信号处理。首先, 设计一套高帧频低噪声640×512像元的制冷型中波红外成像系统, 并进行动态范围标定, 实现其在全动态范围内NETD小于30 mK。接着, 针对焦平面像元的响应特性, 研究了适用于红外成像系统的非均匀性和盲元的校正方法, 提出了基于辐射定标和场景融合的非均匀校正、盲元检测及替代算法。最后, 进行外场红外图像数据采集。经实验验证, 其图像校正效果优良, 易于实现, 且具有较强的环境适应性。

压缩感知重构是指利用得到的随机测量值恢复原始信号的过程。由于信号是稀疏的或可压缩的, 压缩感知问题的求解是寻求方程最稀疏解(即最少非零值)的过程。首先给出了六种测量矩阵的构造方法, 之后介绍了一种高质量重建信号的重构方法TVAL3, 给出了四个评价图像重构质量的参数, 并在此基础上仿真了不同测量矩阵对图像重构质量的影响。

随着1394总线在机载领域的广泛应用, 出于低成本和灵活性考虑, 地面配置、仿真、测试、监控和试验等环节急需建立一套完整的1394总线信号质量测试系统。可靠的总线信号质量测试系统可实现产品的模块级和系统级信号质量测试, 同时最大程度地缩短系统研制周期, 节省开发成本。提出一种1394总线信号质量测试系统的设计方案, 在充分理解1394总线协议的基础上, 分别从硬件架构、软件构架和测试构型方面介绍了1394总线信号质量测试系统的设计与实现, 为基于1394B总线通讯的机载设备开发和验证提供可靠的技术保障。

红外场景计算机生成目的就是运用红外物理的基本原理和计算机技术, 生成物理真实的场景红外图像, 用于各种红外系统的研制及性能测试。围绕典型场景的红外成像仿真, 对地形、天穹和云层等场景要素的红外成像热模型及红外图像的绘制开展了研究。主要工作包括描述了红外场景的组成, 详细介绍红外场景的构建, 并描述了其生成方法或步骤, 然后构建完整的红外场景, 并对影响红外场景效果的大气衰减进行了分析, 最后对仿真结果进行评估分析, 指出此构建方法的特点。

讨论了大范围远距离目标探测的难点, 设计了基于旋转扫描的双视场大口径镜头, 增大系统探测范围。设计中采用分组设计方法, 将前组系统口径进行压缩, 利用振镜摆动来补偿旋转过程中的像移现象, 使生成的图像能够稳定, 提高了探测精度。经过仿真模拟得到较为理想的系统传递函数和弥散斑, 使大口径系统利用旋转扫描的方式可以实现大范围探测。设计提供了一种新的方式及思路, 用以改善凝视系统探测距离或探测范围的不足等问题。

介绍了当前光电装备发展状态下, 复杂电磁环境对于系统提出的新要求, 尤其是高强辐射场对光电系统的研制和验证提出的新要求。叙述了电磁屏蔽的工程化设计方法, 并结合工程实际提出了一种电磁屏蔽效能验证的工程方法。文中采用内场试验法和外场试验法两种方法进行屏蔽效能的验证工作, 并引入了线性外推的方式。所叙述的屏蔽设计方法, 已在项目的实际应用得到验证, 尤其是高强辐射场下的屏蔽效能验证方法, 对后续光电装备在舰船等复杂环境下的验证具有很强的指导意义。

刚度是判断石英摆片质量的关键指标, 而石英摆片的振动特性是体现其刚度的重要参数。针对激光三角法石英摆片刚度测量中, 对信号进行精确频率估计之前需将信号不同成分分离的问题, 采用小波变换为分析工具, 实现自振信号和扭振信号的分离。实验结果证明, 在石英摆片刚度特性测量中, 该方法是一种有效的分析工具。

遮蔽率是评估烟幕遮蔽性能的重要参数, 提出了两种红外烟幕遮蔽率测试方法: 单黑体温度对比法和双黑体电平差值法, 分析了两种方法的测试原理, 并进行了实验验证。通过分析比较测试误差小于3.5%, 最后分析了两种测试方法适合的使用场景。

脉冲激光测距技术因其测距精度高操作简便, 在军用和民用等多领域得到广泛的应用。为了进一步提高激光测距机的最大测程, 近年来出现一种多脉冲激光测距机。针对多脉冲测距机的测距原理, 结合以往对脉冲激光测距系统检测方法的优点和不足, 提出了一种多脉冲激光测距机的检测方法。该方法有效解决了传统检测对测试场地要求高、过程复杂且受大气能见度影响的问题。

某光电平台设备因对力学环境和减重等方面有一定要求, 采用碳纤维复合材料。基于材料性能理论计算与有限元分析两种方法, 对比碳纤维复合材料薄壁壳体试验件结构性能, 验证了上述两种方法的正确性, 为此种碳纤维复合材料薄壁壳体的结构设计提供了理论支撑。利用这两种方法进行了碳纤维复合材料薄壁壳体产品的正向设计, 通过测试产品的结构性能, 证实了理论计算与有限元仿真分析的可靠性, 在碳纤维复合材料薄壁壳体的结构设计中具有较高的应用价值 。