为了能够有效解决非线性、非高斯环境中多传感器多目标跟踪问题,提出了一种基于粒子滤波的多传感器联合概率数据互联粒子滤波算法(MJPDAP).该算法应用广义S-D分配的规则对每个传感器送来的观测数据进行排列组合以形成等效量测点,并计算所有等效量测点的联合似然函数.在此基础上,结合联合概率数据互联(JPDA)的思想计算各个粒子权值,以获得最终的跟踪结果.仿真结果表明,与单传感器联合概率数据互联粒子滤波算法(SJPDAP)相比,该算法位置跟踪精度能提高20m左右.

针对光电探测所得低信噪比图像序列,提出了一种结合形态学和图像流法的空间小目标提取方法.根据非线性滤波器在保护图像细节方面的良好性能,在图像预处理中采用非线性的形态滤波器进行背景估计和对消.在利用多帧图像进行目标提取时,针对多帧图像积累的有效性保证问题,采取了在积累前进行图像形态膨胀的方法,通过图像流法进行多帧图像航迹关联.形态操作中采用模板分解的措施大大减少了运算量.实验结果显示,采用该方法可以提取信噪比为2的小目标,验证了方法的有效性.

在多层介质薄膜中,节瘤缺陷是影响薄膜激光损伤的关键因素.为了理解节瘤缺陷对薄膜激光损伤的影响,以热传导理论为依据,通过有限元方法模拟了多层介质薄膜中的节瘤缺陷在激光辐照下的热力响应,分析了节瘤缺陷的大小和深度对热力响应的灵敏度.发现大而浅的节瘤缺陷有较高的热力响应灵敏度,因此,消除直径较大的膜层表面附近的缺陷有助于提高薄膜抗激光损伤的能力.

为了定量地描述"光电液滴指纹图"鉴别液体的功能,提出一种波形分析法来提取指纹图的特征参数.采用"邻域比较法"或"基于最大值和最小值的极值检测法"确定指纹图的峰谷位置,分别计算表征主峰、次峰和波谷的电容信号和光纤信号的参数,以及指纹图的曲线长度和曲线面积.实验证明,"曲线面积"是最有效的识别参数,不同种类液体的相对分辨率为7.45%;同一种类不同品牌的水、饮料、酒、醋和酱油的相对分辨率分别为1.96%,7.64%,14.39%,0.07%和3.65%.指纹图的"次峰"是相对较弱的特征,相对分辨率仅为0.07%.

通过对甲醇和乙醇溶液的吸收光谱和荧光光谱的研究,对应比较两种溶液的光谱,结果表明,两者的最长吸收波长差为15nm左右,荧光中心波长差为33nm左右,从而为准确区分甲醇、乙醇提供了直接的实验依据.根据分子结构理论,合理解释了两种溶液的光谱特性存在差异的原因在于羟基的位置排列上;由此提出了用最长吸收波长和荧光光谱中心位置的光谱特性来有效区分甲醇、乙醇分子的方法.此外,根据实验结果,推算出甲醇分子产生荧光主跃迁能级差为3.66 ev,乙醇分子产生荧光主跃迁能级差为4.05 ev,这些数据可为理论计算提供验证参考.

通过数值求解增益开关速率方程,模拟得到Nd:YVO4增益开关激光器输出脉宽和峰值功率随抽运条件的理论变化曲线,在此基础上提出了减小增益开关固体激光器输出脉宽的方法,即:令抽运源LD的直流驱动电流接近阈值,叠加脉冲电流高于2倍阈值,并调节抽运脉宽保证单脉冲激光输出.实验结果与理论曲线符合较好,证实了这一方法的有效性.利用此方法最终获得了脉宽20ns、重复频率在1Hz-4kHz精确可控的1.064μm脉冲激光输出.

在激光基准长距离、高精度直线度测量中,空气扰动是影响其测量精度的一个主要因素.提出了一种简单的共路补偿空气扰动造成激光漂移的方法.角锥棱镜作为位置敏感器,四象限探测器探测角锥棱镜逆向反射光所携带的直线度误差,二维PSD和透镜用来监测空气扰动所带来的角度漂移.实验结果表明,通过补偿后,空气扰动所带来附加位置误差可以减少大约75%.

通过对二极管激光器端面抽运激光晶体工作特点的分析,提出了长方形激光晶体热模型.在热模型中考虑了激光晶体具有沿轴向对称加热、周边恒温等特点.利用热传导方程得出了激光晶体内部温度场和端面热形变场的一般解析表达式.研究结果表明,若使用输出功率为18W的二极管激光器端面抽运Nd:YVO4晶体(钕离子掺杂质量分数为0.5 %),抽运光斑为0.4mm时,长方形激光晶体抽运端面具有267.6℃的最大温升和发生6.2(m的最大热形变量.对激光晶体产生的温度场和端面热形变场的研究为解决晶体热透镜效应、提高激光器的性能起指导作用.

提出了一种新颖偏振不敏感的阵列波导光栅(AWG).器件的输入端增加了一个全光学偏振自动控制器(AOPSC),可将注入AWG的随机偏振的输入光转换为与AWG中TE0模偏振方向相同且功率损耗很小的线偏振光.AWG结构设计采用非对称的平面波导,包层与波导芯层的相对折射率差为0.7%,波导芯层的宽厚比要高,可以消除TE与TM模的简并,使波导中只能激励TE0模,而使TM0模截止.这种AWG结构完全消除了不同偏振态信号光对AWG工作性能的影响,从而使器件对偏振不敏感.设计的8×0.8nm器件整体尺寸为2cm×1cm,串扰优??30dB,最大插入损耗为4.2dB.

分析了光功率损耗的理论模型,指出横向偏移、光纤角度和端面间隙是影响对接损耗的主要参数,由此提出了显微视觉结合光功率检测的光纤耦合方法.在显微视觉系统引导下,采用精密并联机器人消除光纤角度及端面间隙的影响,并实现横向偏移的粗调整;利用压电陶瓷驱动的五自由度微动机器人精确调整横向偏移,通过设计合理策略,实现损耗极值区域的快速精确搜索.光纤耦合实验表明,粗调整后平均损耗0.3db;微动调整并熔接后,对接损耗减小到0.02db以下.

为了测量长距离大范围空间分布温度场,设计制造出30km远程光纤温度传感器.基于光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理,对系统进行了优化设计.用1550nm掺铒光纤激光器作为抽运源,采用高速瞬态波形采样技术,累加平均等信号处理技术,解决了远处背向反斯托克斯弱信号的检测问题.采用了智能化恒温技术,使主要元器件在恒温条件下工作,解决了工程应用中环境的适应性.远程分布光纤拉曼温度传感器系统已达到的主要技术指标如下:光纤长度31km,测温范围0-100℃(可扩展),温度测量不确定度为±2℃,温度分辨力为0.1℃,测量时间为432s,空间分辨力为4m.

用传输矩阵法从理论上计算了取样光纤布拉格光栅的反射谱特性.这种方法将光栅视为多层均匀薄膜的叠加,利用每一层的传输矩阵相乘获得了光栅的反射谱特性.研究表明,随着光栅长度的增加和采样率、折射率调制深度的减少,反射峰的均匀性得到了改善,旁瓣的反射率变小,带宽明显变窄,而反射峰间隔保持不变.反射峰的间隔由光栅周期决定,与采样率无关,而某些文献则要求采样率小于10%.这与频谱分析所得结论相吻合.

对高帧频电视测量的炸点目标飞行指标进行了分析,推导出测角误差、作用距离、飞行时间与飞行高度等飞行指标的计算公式,在此基础上对不同速度的相机和不同速度的运动目标的测角误差进行了对比研究.结果表明,采用高帧频电视测量对减小测角误差作用明显;同时,根据作用距离与相机拍摄速度的制约关系,进一步得出作用距离与拍摄速度的关系式.当相机工作在200fps,炸点飞行速度小于50m/s,爆炸当量200g TNT,利用对比分析结果和推导出的关系式,计算出测角误差小于50″,最大作用距离3km.经靶场实测,计算结果与实际飞行指标基本吻合.

针对光照度小于10 lx的弱光使用环境,提出并设计了一种批量光电二极管弱光光敏特性测试仪.仪器包括可调弱光光源、照度均匀化装置、批量光电二极管固定板、多通道转换开关、微电流放大电路、环境照度监测通道、数据采集及微机接口电路和相关配套软件.仪器的核心为自行研制的光照度在0.01-10 lx范围内无级可调的弱光光源.实际应用中,在2 lx照度下,光电二极管弱光光电流一般为12.2-15.6 nA,只有少数光电流低于10 nA;因此,该仪器可用来进行光电二极管的定量筛选.

在使用Shack-Hartmann传感器进行大口径非球面镜面检测中,外部环境的各种振动影响以及气流、温差的干扰都会使检测精度下降.针对这个问题,提出了一种新的时域小波滤波技术.这项技术可以对传感器的信号干扰在时间域上进行不同层次的小波分析,提取干扰信号的先验特征,对测量数据进行有效的滤波,减小波前的扰动起伏,以更准确地探测质心.实验结果表明,采用这种技术后,Shack-Hartmann波前传感器对光学镜面检测的静态测量精度提高了50%以上,离散性减少到原来的20%-30%.

分析在光栅投影三维形貌测量中,用于对变形光栅像解调的低通滤波器的性能.分别设计了脉冲响应为9点的FIR低通滤波器和IIR 4阶Butterworth低通滤波器.处理1(512大小的光栅图像,FIR滤波器需要 16128 次加法和 2304 次乘法,位相测量平均误差为0.0356 rad;4阶Butterworth滤波器只需 4096 次加法和 4096 次乘法,位相测量平均误差为0.0043 rad.仿真试验结果表明,IIR的Butterworth低通滤波器具有更高的测量精度和计算速度.

提出了一种测量晶体压电系数和电光系数的新方法.晶体厚度和折射率的变化导致衰减全反射(ATR)谱的同步角发生移动,进而引起反射率的变化.选择两个不同阶导模的工作角,施加电压分别测出反射光强的变化,可得到压电系数和电光系数.反射率相对于厚度和折射率的灵敏度分别可达到108m-1和103.该方法可同时测量压电系数和电光系数,测量灵敏度高,样品结构简单,实验装置简便,所需的测量电压低.

激光显示中常采用高速宽带声光调制器(AOM)调制激光光强,以此控制图像每个像素的灰度.AOM衍射效率的非线性使显示图像的灰度失真,必须实时校正.为此,提出了一种实时校正的方法:实测AOM调制电压与衍射效率的调制特性数据,通过六阶多项式拟合后再插值的方法建立了校正非线性的查询表;通过查询电路实时查找视频图像中每个像素的灰度对应的调制电压值,从而达到间接校正AOM调制非线性的目的.实验证明了该校正方法的可行性.

提出了一种线性求解摄像机内外参数的方法.通过分解参数确定相机主点坐标和纵横比,利用径向平行约束求解大部分的外参数,再引入新的畸变模型线性求解其余内外参数.该法特点是采用共面点标定物,且不需摄像机做任何运动就可以实现全过程的线性标定.既避免了非线性优化的繁琐和不稳定,也解决了其它线性法中部分内参数的标定问题.两套实验结果误差分别为 0.3391pixels和0.6004pixels,表明该法具有较高的精度,是一种简单、有效、实用的标定法.

为了解决水印图像的鲁棒性和透明性之间的矛盾,提出一种利用小波零树结构和主分量分析提取图像特征,构造零水印的算法.在小波变换后的图像中,利用小波零树思想选取重要的系数树作为特征,用主分量分析方法作降维处理,构造出水印信息.由于水印嵌入过程并不修改图像,所以水印图像与原始图像相同.实验结果表明,本算法对抗各种常见攻击的鲁棒性很好,尤其是可以抵抗bpp=0.05的JPEG2000压缩、bpp=0.1的JPEG压缩以及缩放8倍等攻击.

针对传统背景提取算法的不足,提出一种新的视频序列背景提取方法.根据高斯分布建模图像每个像素位置背景,判断观测值是否和背景匹配,据此决定采用递推更新背景或是批处理更新背景.若高斯分布模型判断观测值和背景模型匹配,则更新高斯模型参数,并使用最小二乘法递推更新背景;对连续判断不匹配背景的像素则采取批处理方法更新背景.实验表明,和其它背景提取算法相比,该算法提取的背景效果好,能有效去除噪声和消除前景的运动模糊.

提出一种红外图像单阈值分割方法.为了减少计算量,结合先验信息选择包含待分割目标的感兴趣区域,利用Bezier曲线法平滑感兴趣区域直方图的噪声;对平滑后的感兴趣区域的直方图求解其曲率曲线,用曲率曲线的波峰所对应的灰度值作为初始分割阈值;基于先验信息从初始分割阈值中确定最佳分割阈值并进行初步分割.为了弥补单纯利用阈值法分割的缺陷,结合上述分割结果和目标的边缘信息得到封闭性良好的完整目标的二值图像.实验结果表明,提出的方法能快速有效地将红外目标从复杂的背景中分割出来,算法的计算复杂度为O(MN).

提出了一种新的基于梯度算子法检测灰度图像边缘的方法.该方法在3×3的邻域窗内,分别用梯度法对窗内的水平方向、垂直方向和正、负45(角方向上的边缘线进行检测,找到梯度最大的边缘线,从而组成最终的边缘图像.实验表明:该方法简单,边缘检测图像效果好.在此基础上,又提出了增强边缘检测方法和简化边缘检测方法.这两种对基于梯度算子法的改进方法分别适用于检测小的边缘梯度和需要快速检测边缘这两种情况.

基于MEMS技术体硅工艺,提出一种新型大有效面积的连续变形反射镜的设计制造方法.依工艺流程中的实际情况与结果,分析了在制造过程中遇到的大面积腔体深腐蚀中凸角腐蚀和键合中小空隙粘合等关键问题,设计实施了T形补偿角、延长驱动线等解决方案.用此方法制造出有效反射面积30mm(30mm,最大变形量1.2μm,49驱动电极的新型变形反射镜.10-200V电压范围内得到的该变形反射镜镜面变形数据与模拟结果具有很好的一致性.

为解决海空复杂背景下红外弱点目标的检测,提出了多量级多向梯度表决融合检测算法.算法依据目标红外辐射特征是像素灰度在水平和垂直方向上梯度变化,将弱点目标特性转化为对图像奇异性的分析.算法用多个量级的梯度步长对图像目标进行检测,并对检测的结果进行表决融合.实验结果表明,红外阈值系数选取2.0-2.4时,算法可对信杂比为1的点目标实现高于95%的检测概率及较低的虚警率.

双光子吸收几率与光强度的平方成正比,因此,双光子吸收引发光致聚合局限在紧密聚焦的焦点区域,通过控制焦点的扫描运动可实现高精度三维加工.基于该原理,提出了一种利用飞秒激光进行微细加工的技术.根据此技术,建立了飞秒激光三维微细加工系统,该系统包括光源系统、显微镜系统、实时监测系统和精密移动系统等.研究发现,该系统加工的直线线宽最小可达500nm;加工线宽与加工速度成反比;激光功率为2mW时,最大和最小临界加工速度分别为80μm/s和1μm/s;制备出线宽1μm,宽度5μm的"CHINA"复杂结构,以及杆间距、层间距均为5μm的三维木堆型光子晶体结构.实验证实,该技术是一种非常灵活的微细加工技术.