针对自然纹理背景,提出一种基于多尺度小波特征融合的人造目标检测方法.在小波变换域,纹理背景和目标区域的多级小波系数具有不同的能量分布,能量特征可作为简单、有效的空间特征来检测目标.由于小波函数具有良好的局域性特点,不同尺度下用它检测出的边缘特征点移位不会超过1个像素.融合边缘特征和能量特征进行人造目标检测,可有效地保证目标边界的定位精度,达到较好的鲁棒性和准确性.实验结果证明,该方法对纹理背景下人造目标面积探测的误差率小于5%,目标探测概率大于94.1%.

为提高空中红外小目标检测速度,提出了一种基于灰值形态学序列图像膨胀累加、背景估计和自适应阈值分割的并行结构小目标分割算法.该算法对灰值膨胀运算后的相邻三帧图像进行累加以增强小目标能量;将灰值形态学开、闭运算的平均值作为背景估计图像;采用自适应阈值算法从二者相减的差图像中分割出可能目标;其中小目标能量增强和背景估计采用并行处理结构.基于Visual C++6.0编程进行了实验,结果表明,算法对连续三帧768像素×576像素红外视频采集图像的处理时间为3.73s,较常规串行分割算法快一倍以上.

用特征矩阵法计算了光波在包含左手材料和激活介质的一维光子晶体中的传播规律,当左手材料和激活介质厚度相等时,出现了超窄通带和透射率大于1的高增益现象,受激辐射的增强总是发生在带隙的边缘附近.进一步论证了受激辐射增强现象与光子带隙边缘群速度异常存在关联.随着频率的增加,光增益呈e指数增大.光频率不变时,光在光子晶体中的透射率随光子晶体周期数的增加呈线性增加.当左手材料和激活介质厚度不相等时,通带宽度增加,带边仍存在大于1的透射峰.

用射频磁控溅射法在低温下制备了光电性能优良的ITO(In2O3: SnO2=1:1)薄膜.质量流量计调节氩气压强PAr为0.2～3.0Pa,氧流量fO2为0～10sccm,并详细探讨了溅射时PAr和fO2变化对ITO薄膜光学性能的影响.结果表明:fO2的改变引起薄膜中氧空位浓度变化而影响ITO薄膜折射率n;fO2对ITO靶材表面的溅射阀值和对Ar+散射而改变溅射速率.衬底表面粗糙度对ITO薄膜的折射率测量准确性有较大影响.PAr为0.8Pa,fO2为2.4sccm,薄膜厚度为241.5nm时,nmin＝1.97,最大透过率为89.4%(包括玻璃基体),方阻为75.9(Ω/□,电阻率为8.8×10-4(Ω·cm.AFM分析表明薄膜表面针刺很少,表面平整(RMS=3.04nm).

以角反射器远场衍射理论为依据,提出了利用角反射器参数补偿速差的技术方案.即通过改变角反射器参数的大小,使得接收光斑的极值中心刚好回到测站位置,以弥补速差效应的影响.采用角反射器衍射光学理论与采用传统理论所得的卫星角反射器补偿角之间存在差异,这种差异随着轨道高度的不同而发生变化.以德国Champ卫星上角反射器为例,运用角反射器衍射光学理论进行了设计,设计所得的单角误差-3.70″与Champ卫星提供的-3.8″非常相近,而且按两者结果模拟得到的接收强度仅相差0.6%,从而验证了设计方法的正确性和可靠性.

在以25kmG652单模光纤为增益介质的光纤拉曼放大器中,观察到了级联的受激布里渊散射.光纤中的双瑞利折射作用导致了二阶布里渊散射光子的出现,加快了二阶布里渊散射的出现.在拉曼增益的作用下,随着二阶布里渊散射的饱和会出现级联的多阶布里渊散射,形成梳状光谱.该梳状光谱也具有明显的阈值特性.在拉曼泵浦功率是1200mW的时候,出现梳状光谱的阈值在1.5到2.5dBm 之间.在传输系统中,级联的受激布里渊散射会导致放大器的增益饱和,严重恶化系统的信噪比,因此必须采用增加信号光的带宽或者对信号光进行调制等措施加以控制.但该现象也有可能被用来制造梳状光源.

在干涉型光纤水听器的信号检测技术中,采用相位载波零差检测方式,直接调制激光光源,具有明显的优越性.提出了一种实现方法,通过产生高频正弦波,对激光光源(多量子阱分布反馈激光器),进行直接驱动调制.光源调制输出波形精确多样(正弦波、三角波(包括锯齿波)和方波),输出频率大范围(0～20MHz),连续可调.实验表明达到了水听器对光源的要求.此调制技术也可在光纤通信等其它领域得以应用.

光纤色散特性是支撑光纤孤子通信的决定性因素.比较了目前的几种色散补偿方案后,着重对相位共轭控制的色散控制方式进行了分析研究,该方式利用光纤非线性四波混频产生与输入光脉冲信号相位共轭的输出光脉冲信号,光脉冲的频谱以泵浦光频为中心进行反转,构建成相位共轭器,实现了对放大自发辐射(ASE)噪声、孤子相互作用与色散波等的控制,达到提高系统传输速率、距离和通信容量的目的.

提出了一种高速光学相干层析(OCT)成像技术方案.利用柱面镜的成像特性将传统OCT的点聚焦成像模式改变为线聚焦成像模式,从而降低二维OCT图像的扫描维数,达到提高成像速度的目的.利用ZEMAX光学软件对系统进行光线追迹获得光束经过柱面镜后的聚焦情况.随后采用635nm的激光光源和柱面镜构建了实验系统,实验结果很好地验证了光线追迹仿真结果.

光栅投影式三维摄影测量仪利用了时域结构光投影技术和立体视觉测量原理获得三维点坐标.针对传统标定方法易受镜头畸变影响和标定约束方程少导致精度下降的问题,采用了非线性的摄像机和投影机模型,并提出了二维的投影机模型;使用多平面法标定了系统测量所需的摄像机和投影机几何参数;为进一步提高参数精度,采用Levenberg-Marquardt算法优化了摄像机和投影机模型.实验结果表明,该方法操作简单,无需精确的位置和姿态调整,标定的绝对精度为0.2 pixel,相对精度为1/5000.

激光远场光斑测量对描述激光束的远场性能,评价激光器以及系统的实际工作性能具有重要意义.通过比较激光光斑远场直接测量与间接测量的优缺点,提出使用单片机控制的探测器阵列进行远场光斑直接测量.分析了数据传输、光电转换单元等关键技术,给出了主要程序的框图.该系统采用由上位计算机、主单片机和下位单片机构成的分布式结构,能够测量激光光斑大小、形状、总能量、能量分布等参数,可适用于单脉冲至几百赫兹、中高能量以下的激光器,并且测量精度高.

提出具有模糊测度的几何基元特征的人造目标检测方法.根据相交直线段所组合构成的几何基元夹角的模糊测度,将单纯的几何基元特征扩展为模糊几何特征.应用方向算子检测图像边缘,并把边缘拟合成直线段集合;直线段集合扩展成几何基元集合,并根据所定义的模糊隶属函数,用几何基元的夹角构造成基元线段的隶属度列表;通过判断每个子区域内所有线段隶属度之和的最大值定位人造目标.检测自然背景下人造目标的实验表明,该方法检测率高达97%,整个算法的时间复杂度为O(n2),并有很好的稳定性且易硬件实现.

基于数字图像处理的原理,提出了处理显微图像颗粒物的方法.对饱和度图像进行分析,用直方图均衡化方法增强图像反差;选择式掩模平滑法保证颗粒图像边缘的清晰;开操作填补颗粒图像中的空洞,闭操作分离粘在一起的颗粒;并用自适应阈值分割颗粒图像.在Image-Pro Plus 4.0(IPP)平台上处理了大小分序的四幅图像共13108个颗粒,其平均直径分别为1.155μm,1.328μm,1.950μm,2.012μm.实验结果表明,这种颗粒采集,图像分选、处理和识别的方法能适用于大气PM2.5颗粒物的测量.

傅里叶变换轮廓术(FTP)采用数字光投影仪(DLP),可以得到各种结构光场,提高了测量的灵活性.由于DLP伽马非线性的存在,变形条纹中会出现高次谐波,可能导致频谱混叠,带来测量误差.因此利用一种基于条纹图强度统计分析的方法,求出DLP的伽马值并反馈给DLP,使其投影出有良好正弦性的结构条纹,能抑制变形条纹中高次谐波的出现,保证FTP的测量精度.将采用和不采用伽马校正的两种情况作对比实验,证明前者测量结果优于后者.

提出了拼凑块矢量量化编码方法,利用四步部分匹配预测技术获得一个拼凑块,作为当前图像块的预测被编码,只需一位便可以完成当前图像块的编码.在此编码方案当中,根据预先定义的匹配失真阈值,图像可以有选择地利用拼凑块、动态码本及码本库编码.四步部分匹配预测技术利用优化了每个图像编码块的像素空间连续性,改善编码性能,降低了误差传递效率.实验结果表明PBVQ在0.27bpp时得到了30.92dB的峰值信噪比,明显优于IFMFSVQ的29.82dB,CSMVQ的28.56dB,GSMVQ的28.64dB,很大程度地改善了重构图像质量,尤其在低比特率下.

为提高景像匹配的可靠性,提出了一种基于小波边缘增强的可靠性匹配方法.采用四阶中心B样条小波对实时图和基准图进行小波分解和边缘增强,以提取可靠的边缘特征.在粗尺度上基于小波边缘增强图进行相关匹配,选择相似度曲面上前5个峰值点作为候选匹配点,保证正确匹配点可以包含在候选匹配点中.对实时图进行旋转校正,利用候选匹配点处的局部灰度特征确定边缘提取的双阈值,应用形态学连接算子来获得二值边缘图,再进行相关匹配,筛选出正确匹配点.在细尺度上获得精确的定位点.应用该方法进行匹配实验,其匹配概率比基于小波二值边缘提取的匹配算法提高了6.95%.

提出一种改进的多尺度形态边缘检测算法.用不同尺度大小的结构元素分别检测出图像的不同尺寸的边缘信息,运用本文提出的基于直方图配准的自适应方法对所获不同尺寸的图像边缘进行融合,获得理想的图像边缘,有效地消除了噪声.实验结果表明当图像中加入了强度超过20%的椒盐噪声后,检测到的边缘仍然非常清晰.

在目前的可靠度导向相位展开算法中,排序操作非常费时.为此提出了一种采用查找表的可靠度导向相位展开快速算法.将可靠度值以一定等级量化从而建立一张查找表.在相位展开过程中,通过查表将相位待展开的点放到一个虚拟队列(等同于洪水算法中的有序队列)中,再进行相位展开.由于采用查表代替了排序操作,相位展开速度获得了极大的提高.实验表明:查表法的速度通常比洪水算法(典型的可靠度导向相位展开算法)快20多倍,而相位展开成功率与洪水算法相差无几.尤其在可靠度分布比较分散情况下,查表法比洪水算法快100多倍.

针对原有模糊边缘检测算法计算复杂、适应性差的缺点,提出一种新颖的快速边缘检测算法.该算法将图像映射为一个模糊特征面,通过图像自适应阈值来确定模糊增强的渡越点.在渡越点上对图像进行非线性增强.算法将"Min"与"Max"算子结合起来提取边缘,避免了使用单一算子检测边缘强度较弱的缺点.该方法避开了原算法中复杂的指数运算,运算量减少了40%左右;渡越点的自适应性提高了算法的适应性.仿真表明,该算法检测的边缘细、连贯,并且算法抗噪能力强.

光束发散角和接收口径是大气激光通信机设计的主要参数.根据高斯光束的光强分布特性,分析激光大气通信中主要的几何扩展损耗,并提出了基于该损耗的光端机设计新方法.通过对几何扩展损耗与发散角、接收口径的相互关系数值分析,确定出适合于数公里级大气激光通信机的主要参数:光束发散角可取0.8mrad(1.2mrad,接收口径为120mm.研制了155Mbps,4km大气激光通信机,初步实验结果表明在能见度大于4km的情况下,系统性能满足误码率低于10-9要求.

在实验结果的基础上,介绍了一种高速科学CCD相机系统设计.测试选用了柯达CCD芯片KAF-0401LE和KAF-1001E,用MAXII系列CPLD芯片实现了CCD驱动时序和数据采集时序控制;采用片内集成CDS的CCD信号A/D转换器AD9824进行相关双采样和高速模数转换;内置8051的Cypress USB2.0控制芯片CY7C68013A完成了高速同步数据传输及与上位机通讯,接收和发送上位机指令等;结合USB采集系统使用Visual C++编写了系统控制界面.实现了采集速率选择(最高10 MHz Pixel Rate对应于20Mbyte/s USB传输速度)、复合模式选择、单帧/连续采集、制冷温度采集和控制等,适用于同类型CCD相机的系统设计.

Kalman滤波的弱点是它无法解决非线性、非高斯问题的跟踪.为此提出了一种新型的跟踪算法,粒子过滤器算法.该算法采用加权的粒子集模型表示状态的分布,迭代跟踪状态的变化.其优点是它可以适应复杂环境的重叠和遮挡情况,且能同时跟踪多目标.采用最大后验概率模型确保了状态判断和估计的准确性.对重采样的分析减少了算法对噪声的敏感.并把样本安排在目标可能出现的区域.在眼睛跟踪系统上实现了该算法.仿真结果表明MAP模型在精度上与传统的方法比较提高7%.眼睛跟踪的结果证实了仿真的结果.

系统设计目的是使FFT变换能够实时完成,以便能够在图像处理等方面应用于实际工程中.系统应用两片TI公司的数字信号处理器TMS320C6416为核心,以可编程逻辑阵列CPLD进行逻辑控制,采用两片现场可编程门阵列FPGA分别作为图像预处理和两片DSP之间的通讯,系统在运算1024点FFT与反傅里叶变换iFFT时耗仅为178μs,实现了实时的图像傅里叶处理.