提出一种新的星图中星获取算法--极值点法,利用最小二乘向量机(LSSVM)对原始星图的局部区域作灰度曲面最佳拟合,在拟合曲面上求解灰度极大值的像素点,获得星的中心点的初步位置.以初步位置为基础的星图像素聚类加速了星图中星的获取过程.以模拟星图中星的精确中心位置为参考,计算在不同噪声条件下测量位置与最近参考位置的距离平方倒数和的均值,优化 LSSVM 参数.为获得最佳星获取性能,卷积核为5×5像素的高斯LSSVM参数(σ2, γ)取(17, 1.25).该极值点法与矢量法相比,效率相当,但性能更好.

高精度光刻物镜是微电子光刻专用设备中的关键部件之一,不仅要求光刻物镜的精度高,还要尽可能地减小装调误差.根据193nm光刻物镜的光学零件结构尺寸,利用大型有限元分析软件Algor和材料力学的应力变形理论,求得了结构形式与重力变形关系,支撑方式与变形的关系,材料不同时的变形趋势图,为整个光刻物镜的装配和调校提供了依据.研究表明,非均匀支撑是引起重力变形的主要原因,在物镜口径(300mm时采用9点以上支撑方式其最大变形量基本恒定,并可预留加工"误差"补偿重力变形.

利用最高空间频率分析法,通过逐点分析记录在CCD上的空间频率信息,研究了物体可允许记录的最大横向尺寸、最小记录距离、全息图的信息量、空间分辨力、再现像的横向分辨力、轴向分辨力及散斑大小,并得到了数学表达式.理论分析和实验结果表明,数字同轴全息系统放宽了对CCD分辨力的要求,有较高的分辨力,较低的散斑噪声、灵活、简单的系统结构及较高的CCD空间带宽利用率,在增强系统性能方面要优于数字离轴全息系统.这一研究为数字全息系统的设计和操作提供了一定的理论和实验指导.

特征在反求工程实体建模中具有重要的作用,在三维测量过程中实现特征捕捉,可保证实体建模的精度和效率.提出了基于格雷码投影的融合特征捕捉的光学三维测量方法,在测量过程中采集一幅无光栅图像,通过无光栅图像的边界检测与格雷码特征提取相结合,实现了三维测量与特征捕捉的融合.对典型工业零件进行了实验,在测量过程中实现特征的有效捕捉,保证了特征的识别和精确提取,测量效果良好,分辨力达到了0.1mm.该方法在反求工程中具有一定的实用价值.

通过分形理论把空间结构信息引入遥感分类中,必须解决分形维数计算的问题,为此提出了一种通过相邻像元间灰度值大小的变化计算数字图像单个像元分形维数的算法.选定计算窗口值L后,运用所编程序对TM遥感数据进行运算,并得到所需分维值数据.发现所得分维值随窗口值L增大而减小;大窗口值的分维值图像较抽象,但建议窗口值不超过61;小窗口值的分维值图像较清晰,但窗口值不能小于5.

提出一种利用双目图像以恢复砂轮地貌三维表面的方法,通过基于灰度的面匹配法对双目图像精确匹配,然后利用双目视觉成像原理,求出该样本点在世界坐标系的坐标.在此一系列样本点的世界坐标基础上,可得待恢复区域的三维外轮廓线和外轮廓面,通过面元内插法可以得到三维场景的精确恢复.实验结果表明,该算法能有效恢复砂轮地貌的三维表面信息.

在用激光三角法对同质物体进行三维探测中,可能因为条纹缺陷等原因出现轮廓提取误差.这种误差用诸如中心线或者权重法等一般轮廓提取方法无法得到正确的结果,因此提出一种利用光强信息进行修正的新方法.通过自行搭建的试验装置获得原始光强图像,由中心线法提取带有误差的轮廓,再使用光强分布对其进行修正.根据物体表面光强与表面法线方向的关系,用逐次逼近的方法验证物体表面的法线方向.通过理论推导计算以及和之前获得的轮廓进行比较,得到修正值.在测量标准高度为40.1mm的物体表面时对出现的条纹缺失进行修正,与传统方法相比,测量结果从38.4mm改善到39.4mm,误差从4.23%减小到1.75%.

为便于对复杂视频强杂波背景下的微弱运动目标进行检测,提出了一种两级空域滤波强杂波抑制方法.采用局域均值去除(LMR)作为一级滤波,将原始图像变换为较大局域内均值和方差缓变的二维广义平稳过程,再通过基于二维AR模型参数估计的二级滤波器自适应滤除残余杂波.实验结果表明,对于一般噪声条件下的视频目标图像,利用该方法处理后得到的残留噪声呈现出很好的高斯性和独立性,并且输出目标信号杂波噪声比(SCNR)的平均增益达到1.33dB,有利于进一步的检测.

多传感器图像融合技术在目标检测与跟踪领域中有广泛应用.提出了一种红外与可见光图像的新颖的特征级融合与运动目标跟踪方法.将目标轮廓用动态轮廓线表示,在目标跟踪过程中对于两类模式图像中的目标轮廓控制点向量,利用B样条形状空间模型将目标轮廓的特征级融合转换为控制点向量差的范数平方极小化.这种方法不需要图像配准,降低了融合的计算复杂度.同时,使用了自适应Kalman滤波技术,提高了动态轮廓线特征搜索的准确性.对比跟踪实验表明,融合后可见光图像的平均跟踪误差减小了56.96%.

针对弱小目标检测算法的特点,建立了一种对算法性能进行评价的机制和方法.以图像特征指标作为输入量,算法性能指标作为输出量,用响应函数模型描述二者之间的关系,通过回归分析对算法的性能做出了评价.利用所建立的方法,分别对一种基于中值滤波和一种基于形态学滤波的检测算法进行了分析和比较,结果表明,对于试验所采用的背景图像情况,后者对弱小目标的检测性能总体上要优于前者.

提出了一种基于DSP芯片实现的双频率数字调制谐振式光纤陀螺系统的闭环检测方案.在此方案中,利用带通滤波器从探测器的输出光强信号中提取其基波频率的正弦信号,通过相关检测原理去掉干扰的噪声,并利用低通滤波器提取与探测器输出光强幅度直接成正比的直流信号,将其转换成相应的谐振频差,利用此频差即可求得陀螺的旋转角速度.此方案检测线路简单,操作方便,基于DSP芯片的实现则大大提高了系统处理速度.同时,还利用Matlab软件对检测系统中的滤波器参数进行了优化设计,提高了系统的检测精度.

根据WDM光纤耦合器波长解调方案的工作原理、偏振特性以及影响系统波长分辨力的因素,提出一种改进的利用WDM光纤耦合器的光纤光栅传感解调技术.该技术在原技术的基础上,采用偏振控制器控制入射光偏振状态,提高了解调的精度和稳定性.对WDM光纤耦合器的多次波长扫描结果表明,采用偏振控制器后,其波长误差可减小到5pm左右.实验采用1540/1560nm的WDM光纤耦合器对单点光纤光栅应变传感器进行静态解调,结果表明:按此技术开发的解调系统具有0.01nm波长分辨力和10nm的波长线?越獾鞣段?

理论上从半导体激光器的速率方程出发,利用其增益饱和效应,提出了光纤光栅外腔半导体激光器实现波长变换的理论模型.利用此模型对入射波为高斯波时的波长变换进行了数值模拟.实验实测了光纤光栅外腔半导体激光器的波长变换前后的谱线,得到带宽0.1nm,边模抑制比为37.9dB的激光谱线,并且利用此波长的外腔激光器得到了波长转换间隔为8nm的激光谱线.理论分析和实验结果证明,光纤光栅外腔半导体激光器在实现波长变换方面具有很好的线性响应特性.

提出一种数字投影式顶焦度测量的技术方案.根据此方案设计的焦度测量仪,通过精密机械传动,嵌入以单片微型计算机为核心的硬件控制系统和软件处理系统,对眼镜镜片球镜顶焦度、球柱镜顶焦度及轴位角等进行了测量.它通过光学投影的方式进行对焦,测量活动标尺的平动量和转动量来计算相应参数,并利用液晶LCD显示结果.采用一种动态基准存储技术,通过预先存储的动态基准来计算顶焦度,可以有效消除系统误差,提高测量精度.对产品样机的试验结果表明,顶焦度的测量精度达到±0.03D.

提出了基于结构光颜色编码技术的三维测量系统,利用条纹的颜色对光平面的投影角进行编码,以实现三维物体形状测量和重建.该系统主要由数字式光处理器、彩色摄像机和计算机组成,具有结构新颖,简单可靠等特点,且无需扫描,仅需采集一幅景物的编码图案就能得到产生一幅全帧深度图像所需的全部信息,非常适合于高速、实时在线测量.根据系统的主要设计指标及对可测空间的分析,对系统的结构参数进行了优化设计,以保证系统具有最大的可测空间及最佳的遮挡特性.对典型的平面类三维?嫘?-斜面进行了仿真实验,得到系统在Z轴(深度方向)、X轴、Y轴方向的测量误差分别为0.31%,0.22%,0.23%,达到了系统的预期要求.

高斯光束照射到以角速度( 旋转的圆柱体表面时,反射空间将出现的动态散斑随着被测表面的运动连续变化,这是一个随机过程.研究了当旋转圆柱体表面满足弱散射体条件时,在菲涅尔衍射场形成的动态散斑的统计特性;给出了几种特定情况下描述动态散斑时间-空间相关性质的参数--动态散斑的空间相关长度,动态散斑的相关时间,动态散斑的平移距离和相关距离.这些参数表明动态散斑的统计特性与圆柱体曲率半径、入射光束、表面微观形貌、物体旋转角速度、光学几何结构因素有关;依据参数分析了动态散斑运动形式,动态散斑纯沸腾运动取决于观察面到散射屏出射平面的距离,投射到散射屏出射平面上的照明光波波面的曲率半径和散射体的曲率半径.

针对灰度图像多个斜坡状边缘目标的微小尺寸实时检测,提出了两次阈值分割的检测算法.预分割提取目标并确定其过渡区.而后分割是在过渡区搜索目标真实边缘,实现尺寸测量.实验表明,这种两次阈值分割算法对0.5mm以下目标测量优势明显,精度优于0.001mm,并降低了噪声对真实边缘点数目的影响.在实时性能上,测量平均时间为60ms,比拟合算法缩短了40%,保证了检测系统下位机2000 packages/h的处理速率.

提出了复杂交通场景中的车辆检测新方法,采用背景差法进行运动对象分割,并结合运动边缘检测以提高检测的准确性,对提取出的感兴趣区域按一定规则进行区域融合以检测车辆.提出基于区域特征匹配的车辆跟踪新方法,通过计算车辆链表中区域的特征向量与当前帧运动区域特征向量的距离确定匹配车辆,实现车辆跟踪.同时利用"确定车辆"、"临时车辆"规则解决车辆遮挡和阴影问题.实验结果表明该方法简单有效,能有效解决车辆遮挡和阴影问题,实时提取交通信息.

研制采用电流镜积分高性能读出电路的X射线图像传感器(CMI-X-IS),传感器像元由采用CMOS工艺的光电二极管实现,利用电流镜将产生的光电流变成镜像并放大到积分电容中,经相关双采样电路抑制噪声后,由CMOS移位寄存器和多路开关电路输出视频信号.对CMI-X-IS要求的时序关系进行了分析.设计了CMI-X-IS的应用电路,并将其应用于一个实验系统中,得到了不同密度、不同尺寸材料的视频信号波形和清晰的目标物X射线图像.实验表明,CMI-X-IS具有较小的非均匀性(NU≤3.532%)、较低的暗噪声(Vn≤0.45mV)、较大的单位面积响应度(Ro＝57.87×105V/Lx.S.cm2)、较高的输出电压(可达5V)和较宽的动态范围(Dr ≥77dB),可以应用到X射线实时成像检测领域.

针对电子稳像系统的实时性要求,提出了一种基于下采样、位平面匹配和三步搜索策略的快速局部运动估计算法.该算法将搜索比较次数由225次减少为24次而精度基本不变;利用图像下采样技术将参与估计的子图像像素增加4倍而运算量基本不变,提高了由于子图像中运动物体引起干扰的抵抗能力.实验表明,该算法搜索速度明显提高,而精度基本不变,所得到的匹配位置非常接近全搜索匹配法获得的匹配位置.

提出了改进的广义模糊算子(GFO)边缘检测新方法.该方法把Otsu理论应用到GFO参数确定中,从而实现了GFO中关键参数的自适应获取,使参数确定困难的问题得以解决.经该方法处理后的图像具有失真度小、细节分明等优点,优于目前现有的边缘检测方法.另外,为使得该方法在复杂图像边缘检测中取得良好效果,采用了先分割后处理的方案,即将复杂图像分割成若干子图像,然后根据各个子图像的灰度性质应用本文所提方法进行处理,再合成,从而为此方法在图像边缘检测中广泛应用提供了切实可行的解决方案.

针对纹理较丰富的图像提出了一种分层编码算法.该算法将图像划分成平滑层和纹理层,基于小波变换和自适应局部余弦变换(ALCT)分别编码.为提高平滑层小波零树编码的效率,本算法先对原图像进行恰当的平滑运算,然后再进行小波变换,从而增加零系数的个数.第二层利用改进的折叠运算和快速DCT实现残差纹理图像的ALCT,并且提出了一种ALCT系数的重组方案,进而实现了重组系数的嵌入式编码.实验结果表明,本算法在未进行算术编码的情况下,与小波零树SPIHT算法相比,峰值信噪比(PSNR)提高了0.4dB,并在重建图像中更好地保留了原图像的纹理特征.

特征提取和分类识别是统计模式识别中两大关键步骤.显然,不同的特征提取方法与不同的分类器相结合,识别性能往往是不同的.从微分几何的角度出发,可将特征系数的获得看成线性几何变换,即仿射变换,据此在黎曼空间提出一种基于黎曼度量的分类识别方法.通过对经典最近邻分类器的线性加权,达到更有效地分类识别.不但在理论上将特征系数提取与分类识别合理的结合起来,而且由人脸识别实验表明该方法的有效性,该方法比传统方法的识别率有约3%的提高.

建立了音圈电机驱动快速反射镜的控制回路模型,并利用该模型对实际对象的参数进行了辨识.设计调节器时从闭环特性入手,采用了基于理想闭环特性(最佳二阶特性)的逆向设计方法.该方法只需调整两个物理意义明确的控制参数阻尼系数和自然频率,可以得到较好的实际效果,从而提高了调节器设计的简洁性与实用性.经试验与仿真验证,该方法效果明显,扰动抑制带宽能达到采样频率的1/6左右,闭环带宽达到采样频率的1/5.

考虑近似图像信息和细节图像信息,提出了GNSA多尺度模型.该模型利用具有1个隐含层和50个隐单元的神经网络建立不同尺度图像间的映射关系;使用反向传播算法训练神经网络,确定这种映射关系;根据该映射关系由低分辨力图像估计高分辨力图像.采用亮度相似性和对比度相似性量化估计图像与目标图像间的相似程度.实验表明,以该模型分析得到的两种相似性分别为89.907%和96.196%;以该模型为基础的人脸识别系统对光照具有很好的鲁棒性.