在自适应光学系统中,高精跟踪回路的闭环误差由未完全补偿的跟踪残余误差和倾斜噪声误差组成.利用高精跟踪回路闭环残余倾斜数据和电压数据,可以计算高精跟踪回路的跟踪残余误差、倾斜噪声以及开环倾斜误差.基于此种方法对1.2m望远镜61单元自适应光学系统中高精跟踪回路的性能进行了在线分析.分析结果表明,系统引入的噪声随着所观测恒星星等的增加而增加.

由于视频序列的对象跟踪相当于把图像帧分割成跟踪与非跟踪两个不重叠区域,为此,引入图像分割算法中的Markov随机场模型,提出了一种多目标模糊规划求取Markov标记场的最优估计来实现区域跟踪的算法.此算法为了克服传统离散Markov随机场运算速度慢的缺点,利用双随机矢量,建立连续的Markov标记场,同时提取区域视觉和运动信息的模糊特征,从而改善了算法的鲁棒性和运算复杂度.最终实验结果表明,此方法不仅跟踪效果好,而且还有运算速度快、抗干扰能力强等特点.

当前高动态彩色数码相机的光强响应具有强烈的非线性,针对于此,用多项式这种非线性模型对彩色数码相机红、绿、蓝三通道的光强响应特性予以描述.建立了一种利用曝光时间测量CCD彩色数码相机光强响应特性的方法,通过调整快门速度获得不同的光强.同时,设计了标定实验,选用OLYMPUS E20数码相机对上述理论分析成果进行了实验验证,分别采用多项式模型和( 幂模型对实验数据进行拟合.实验结果表明,光强响应标定方法是可行的,多项式模型更适于描述彩色数码相机光强响应特性.

以发展微光学元件制作新方法为目标,提出利用误差扩散编码方法设计灰阶编码掩模制作微光学元件.此方法同其他编码方法相比,具有量化效果好、衍射效率高、制作文件小、计算速度快、通用性好等优点.用此方法对制作微透镜的掩模进行了设计,利用预校正法和边缘增强法相结合的方法对掩模进行了优化,并对曝光、显影过程进行了模拟,得到了满意的结果.

弯曲成形法研磨非球面零件中,磨具的等距线误差是影响弯曲成形精度的关键因素,直接影响加工工件的精度.用三点法求出理论曲线的最小平移距离,再用两点距离法建立磨具加工面上各点误差的数学模型,该模型适合各类二次曲线磨具等距线误差的计算.应用误差模型对一个椭圆磨具的等距线误差进行了计算,结果表明,磨具等距线误差变化范围为0～0.7μm,成形精度能满足大多数工件的面形精度要求,且磨具两端的误差较大,最大误差为0.62414μm;同时,磨具弯曲成形的曲线陡度越大等距线误差越大.这种方法加工小陡度的零件更具有优越性.

补偿器是大口径非球面主镜补偿检验的关键元件.随着主镜口径和相对口径的增大,由于高阶像差的影响,补偿器的优化结果与初始结构偏离也相应增大,此时若能用法线模拟反射面代替主镜,将检验时的自准光路简化为单次通过补偿器的光路,则优化过程将大大简化,且易获得好的补偿效果.用法线模拟反射面代替主镜时,光源位于主镜顶点曲率中心,模拟面的系数由主镜参数决定.设计结果表明,这种模拟面对F/1的主镜法线都有很好的符合精度.

运用子孔径检测及拼接的方法可完成大口径光学件面形的干涉测量.为了能够减少子孔径拼接的误差累积与数据处理算法带来的精度影响,运用子孔径拼接的误差拼接算法,并通过对实验检测数据的处理,得到拼接结果与全孔径检测结果比较,面形波面峰谷值相差0.084(,均方根值相差0.01(,误差在Veeco光学干涉测量仪器的公差范围内.实验结果验证了误差均化算法可有效减少误差的传递与累积,实现子孔径拼接技术对大口径光学件的正确检测.

根据阶跃型聚合物光纤的耦合长度分析了模式耦合对其带宽的影响,结果表明,由于聚合物光纤中存在较强的模式耦合,其传输带宽不是与传输距离成反比而是与传输距离的平方根成反比,从而其带宽得到了很大的提高.在此基础上,使用商用阶跃型聚合物光纤成功地进行了125Mbps·150m的局域网传输实验,对比了系统的发射和接收信号,得到了较好的通信眼图.实验结果显示,聚合物光纤完全可以进行较长距离的高速数据传输,改变了一般认为的聚合物光纤百兆速率传输距离在100m以内的状况.

基于速率方程的离散算法,分析了双包层Er3+/Yb3+共掺光纤放大器的动态响应,显示了输出功率和增益的动态特征.当单个脉冲注入放大器时,输出脉冲的峰值功率不仅依赖于输入脉冲的峰值功率,而且依赖于泵浦功率;当脉冲序列注入时,输出脉冲的功率和增益最终将收敛于它们的稳态值.在双信道情况下,输入脉冲重叠时的输出功率和增益变得更陡峭.在连续波泵浦下,反向自发辐射输出功率(ASE-)首先快速地增加到峰值功率,然后单调下降到稳态值;在脉冲波泵浦下,反向自发辐射输出功率(ASE+)与光纤长度成反比,而ASE-与光纤长度成正比.

为了提高激光陀螺精度,在大量高低温环境实验的基础上,对温度特征点的选择进行了对比研究,选择其最佳组合建立了一种实用的温度补偿模型,并用该模型对环境温度固定和环境温度变化时的实测数据进行了实时补偿.补偿结果表明,零偏可减小1～2个数量级,均值小于0.01°/h,基本消除了零偏随温度变化的趋势.

目前光纤陀螺应用广泛,但是其性能容易受到环境温度影响,从而影响到惯性导航系统的性能.光纤陀螺的温度特性具有非常复杂的非线性特点,而BP神经网络具有良好的逼近复杂非线性函数能力.使用BP神经网络建立光纤陀螺温度特性的黑箱模型,不对零漂和标度因子进行补偿,而直接对陀螺输出进行校正.经实际数据检验,该建模补偿方法比未经补偿和经过传统工程补偿方法的精度提高了两个数量级.与传统的线性模型相比较,本文基于BP神经网络建立的光纤陀螺温度模型具有补偿方法简单,精度高,通用性好等优点.

应用单质量块推挽式顺变柱体和迈克尔逊干涉仪双光路检测进行三维加速度传感器设计;采用DSP和Cygnal51双核设计技术,实现实时信号采集、光相位调制、加速度信号解调等;嵌入TCP/IP协议实现Internet高速网络接口,从而构成实用型实时加速度传感器系统.传感器灵敏度为1.94×103rad/g,交叉灵敏度接近于零.实际测量时系统可以实时、线性地跟踪到加速度信号,三个分量有较好的一致性.

提出了一种适合于运动目标检测的块运动分析方法,用以补偿移动背景所带来的杂波信息,准确检测运动目标.在对原始图像进行滤波的基础上,选择合适的子块,通过块匹配,得到背景位移矢量;利用这些运动参数,在相邻帧之间进行运动补偿,达到分割运动目标的目的.该算法对背景的适应性能好.

提出一种新的基于区域的高速公路多车辆跟踪方案,包括背景建模、目标识别、目标跟踪等过程.针对高速公路监控图像质量差和干扰信号强的特点,在常规的颜色混合高斯背景模型的基础上,提出一种新的基于扰动区域的高斯背景模型来消除强噪声和背景小幅度运动的影响,并在时间序列上通过Kalman滤波迭代加权算法实现背景模型的自适应性更新.该背景模型明显提高了背景分割的准确性和自适应性.提出了一种改进的非递归区域生长算法用以有效地实现多目标的识别,算法复杂度仅为O(n).采用目标特征匹配和区域运动预测规则对多车辆进行实时跟踪和识别.实现了一个高速公路实时监控原型系统,运行结果表明,该跟踪方法不仅能准确跟踪和识别多目标,而且对道路环境和车辆运动方向具有很好的适应性和鲁棒性.

提出一种心血管造影图像序列的三维运动跟踪方法.按照自顶向下的方式,采用三维变形模型,通过使适当的能量函数最小,表示血管骨架的曲线直接在三维空间中变形,完成血管骨架序列的三维重建.该方法将序列图像中血管的二维中心线提取、三维重建和运动跟踪集成到一个框架中完成,提高了重建精度和运算速度.

扩散方程模型被广泛应用于光学CT图像的重建中,其精确性直接关系到所成图像的质量.为了研究扩散方程模型对近红外光子输运过程描述的精确性及其适用范围,本文应用Monte Carlo (MC) 模拟方法,给出了二维组织体光学CT正向问题的数值模拟结果,并与其扩散方程模型的有限元解进行了分析比较.实验结果表明,基于扩散方程的光子传输模型能较为准确地模拟光子在强散射介质中的输运过程,适用于该种光学参数条件下的图像重建研究.

介绍了悬浮式生物芯片的特点和检测方法,首次提出了完整的悬浮式生物芯片图像处理解决方案.使用预处理去除图像中的噪声并对图像予以增强,然后通过模式匹配技术识别样点,确定位置坐标,定位误差小于1个像素.用数学形态学方法圈定样点范围,并用掩模技术提取信号强度值.使用整体或局部法处理背景.结合图形化开发环境LabVIEW和IMAQ工具包进行整个图像处理的集成和实现.结果表明,该方法能有效完成悬浮式生物芯片检测中的图像处理任务.

在不同的氧分压下用电子束热蒸发的方法制备了氧化锆薄膜.用扫描探针显微镜、X射线衍射仪和分光光度计分别对薄膜的表面粗糙度、微结构和透射谱等特性进行了表征.实验发现,薄膜沉积中氧分压与薄膜性质及微结构有密切的关系.当氧分压由3.0×10-3Pa升高到11×10-3Pa,薄膜的表面粗糙度由3.012nm降低到1.562nm,而薄膜的折射率由2.06降低到2.01.此外,X射线的衍射还发现,薄膜是以四方相为主多相共存的,随着氧分压的增加,特征衍射峰强度逐渐减弱,最后完全变成非晶.

针对跟踪传感器延迟对伺服系统的精度和稳定性的不利的影响,本文提出了一种补偿方法.根据已延迟的跟踪传感器信号通过卡尔曼预测滤波来计算当前的目标位置和速度信号,并将这两个信号分别作为伺服系统的位置引导信号和速度顺馈信号进行闭环跟踪.理论分析和仿真数据表明,卡尔曼预测滤波能够在几帧内预测得到较准确的目标位置和速度信号,该补偿方法能够有效地提高伺服系统的跟踪精度和稳定性.

设计了十字单元的远红外带通型频率选择表面(FSS),并采用模匹配法对其传输特性进行了研究,其中单元中的场分布用有限元法求出.根据此方法研究了不同极化方式的电磁波在斜入射条件下,对不同布阵方式的远红外FSS传输特性的影响.结果发现,无论单元是按正方形布阵还是按正三角形布阵,在电磁波斜入射时中心频率都随入射角的增大而向低频漂移,带宽都相应减小.但无论入射波是什么极化方式,所设计单元按正三角形布阵时的传输特性都比正方形布阵方式稳定.

掺铒光波导主要用来制作光波导放大器.采用溶胶-凝胶法制备了透明、稳定的掺铒的铝硅酸盐玻璃溶胶;使用浸渍提拉法或旋转涂敷法,并通过放在乙醇蒸汽中干燥,可在玻璃表面得到均匀的凝胶膜;最后样品在一定温度下烧结;通过多次重复涂敷-烧结这一工艺流程可以形成厚的硅酸盐玻璃膜层并得到波导结构.使用显微镜研究了凝胶膜表面性质,通过棱镜耦合法测量了波导的有效折射率Nm ,也测定了所制备波导的吸收光谱.溶胶-凝胶法在制作均匀性好、高掺铒浓度的铝硅酸盐玻璃光波导上具有优势.

为改善图像的相关识别性能,提出一种自聚焦子波变换匹配滤波器.用计算全息制作该匹配滤波器时,引入DOG子波函数,以达到锐化相关峰的目的.模拟计算结果表明,对于不同子波函数,其伸缩因子都存在一个最佳滤波范围,当伸缩因子在最佳因子范围内时,相关峰最尖锐,信噪比是传统相关峰信噪比的5.8倍.引入二次相位因子使匹配滤波器具有自聚焦功能,从而简化了光路.

余弦变换广泛应用于图像和视频的压缩编码以及模式识别之中.余弦变换为实偶对称的傅里叶变换,把实偶对称物体传送到位于傅里叶变换透镜前焦面的空间光调制器上,采用单色均匀平面激光光波照射,则在后焦面上为光波复振幅分布为实偶对称物体的傅里叶变换,即为物体的余弦变换.由于余弦变换谱系数既有正实数又有负实数,提出了采用傅里叶变换同轴数字全息方法记录余弦变换谱系数,通过把数字全息图减去参考光光强和物光光强而得到余弦变换系数.理论推导和实验结果表明了该方法的可行性,该方法可应用于图像的快速余弦变换.

失效元对红外焦平面阵列器件成像质量的影响较大.本文在给出失效元定义的基础上,对失效元的产生机理进行了分析,并给出了具体的失效元检测方法.基于DSP实现了红外图像的硬件处理系统并编写了失效元处理的软件程序,实现了失效元的自动检测和校正.实验结果表明,所设计的软硬件符合实时性、可靠性的要求,取得了较好的处理效果.

利用红外辐射传输理论,阐述了污染气体红外光谱仿真的基本模型,提出了在已知背景光谱和干扰物光谱的情况下进行污染气体红外光谱仿真的方法.仿真结果与实测光谱进行了验证比较,说明了仿真方法的可行性.研究了大气温度及浓度程长积等参数设置对仿真光谱的影响,通过大气温度对仿真光谱的影响研究解释了特征峰消失和反转现象;通过浓度程长积对仿真光谱研究解释了饱和现象.本文的方法可以应用于各种污染气体的光谱仿真、探测和识别.

对原始图像用所提出的判据判断图像的对比度类型,针对不同类型直接确定灰度变换参数,实现图像全局对比度增强.再对图像进行离散平稳小波变换,利用所提出的非线性增强方法分别对各个分解层的高频子带进行细节增强.实验表明,提出的方法在有效提高图像整体对比度的同时,又能突出图像中目标的细节部分信息.

基于噪声的小波变换特点,结合量测的多尺度分解和扩展Kalman滤波(EKF),提出了一种小波"最佳"尺度分解的分频EKF滤波算法.该算法依据小波变换模功率谱选择最佳小波分解尺度,并将小波多尺度分解去噪和分频EKF滤波结合起来.对实际中含强噪声的非线性动态系统进行状态估计效果较好.Monte-Carlo仿真表明,与普通EKF滤波相比,本文算法的滤波精度平均提高约10%.

Contourlet域数据分析表明,信号的变换域系数在尺度间相关性高,而白噪声则呈弱相关或不相关.通过相关性强弱区分噪声与信号系数,并结合阈值函数,提出了基于Contourlet变换尺度间相关的图像去噪新算法.实验结果表明,新方法去噪后的图像比小波相关去噪算法的PSNR值更高,视觉效果更好,尤其适用于纹理轮廓丰富的图像去噪.

为消除图像中的脉冲噪声,提出了自适应开关中值(ASM) 滤波算法.该算法采用一种新的噪声检测方法将图像中的像素分为信号点和噪声点两类.对检测出的噪声点统计其个数并由此估算图像中的噪声密度,根据估计的噪声密度自适应确定滤波窗口尺寸,采用改进的中值滤波对检测出的噪声点进行处理;而信号点则保留其灰度值不予处理.对ASM滤波进行仿真实验,结果表明,它能在有效去除噪声的同时很好地保护图像细节,较传统中值滤波及其它改进中值滤波算法有更优的滤波性能.

为了提高含噪视频图像的质量,提出了一种二维小波域自适应滤波与时域时间轴滤波相结合的视频图像消噪新方法.首先,对视频序列的各帧在二维小波域中进行自适应滤波,之后在时域中进行时间轴滤波.对于二维小波域滤波算法,提出了一种高效的自适应阈值选取方案;时间轴滤波器则是结合了运动检测和递归平均.实验结果表明,其消噪效果要优于单纯的二维小波域滤波方法.

基于激光多普勒效应测量转轴单截面转速的原理,通过测量双截面的转速进而求两截面的转速差.对转速差进行积分得到在扭矩作用下转轴两截面的相对扭转角,从而得到转轴扭矩,实现传动轴扭矩的非接触测量.同时,设计了实验系统并在扭矩实验平台进行了实验,实验结果表明,激光多普勒法与传统扭矩测量方法的相对误差小于0.2%,说明激光多普勒法具有较高的测量精度.

针对传统测湿方法的测量时间长等弱点,应用近红外分析(NIRA) 技术开展对环境大气湿度测量技术的研究.红外湿度测量仪基于Lambert-Beer定律,在功能上被设计为测量头和二次仪表两个模块.测量头选用新型的集成红外光源和与之匹配的集成探测器,设计简单、稳定可靠的光学结构,优化了电路设计和标定方法.二次仪表采用嵌入系统设计.整机具有高度智能化,能实现对大气环境湿度的高精度、动态、分布式、无接触测量.