本文介绍了一种用于大型平台变形量实时监测的光电测量方法。该方法将线阵CCD 作为高度标尺置于各待测位置,利用一字线激光器作为面光源使各不同位置的线阵CCD 同时接受同一光束信号,将各线阵CCD 收到的高度位置信息采用线性坐标变换为与某一基线(面)重合坐标的标高输出值,并将各种不同载荷条件或不同时刻的高度值数据进行比较,从而得到实时的平台各点相对变形量。该方法在实际应用中取得了较好的效果。

SUSAN 角点检测是一种经典的角点检测算法,但不具有尺变化特性。利用小波变换的多尺度特性,即在小尺度下的定位准确和大尺度下的抗噪性强,该文把多分辨分析的思想引入到该算法中,从而构建了一种新的基于小波变换的SUSAN 多尺度角点检测算法。新的角点检测可以在不同的尺度下获取角点,克服了单一尺度的SUSAN 角点检测可能存在的角点位置偏移和易受噪声干扰而提取出伪角点等问题。为了综合利用各个尺度下的角点信息,该文提出了由粗到细的角点筛选方案。通过对比实验,新算法明显地提高了图像角点检测性能。

针对传统Canny 边缘检测算法的阈值需要人为设定的缺陷,本文提出了一种新的自适应改进方法。该方法根据梯度直方图信息,提出梯度差分直方图的概念,同时,对图像进行自适应分类处理,使得算法不仅不需要人工设定阈值参数,而且还能有效地避免Canny 算法在边缘寻找中的断边和虚假边缘现象。对边缘信息丰富程度不同的灰度图和彩色图像运用该方法寻找边缘的实验结果表明,对于在目标与背景交界处的多数像素梯度幅值较大的图片,该算法具有边缘检测能力强、自适应能力强的优点。

针对目前图像去噪算法中,消除噪声的同时又破坏边缘细节信息的问题,本文提出了结合边缘检测及邻域加窗的新算法。该算法采取平稳小波基以保持相位不变性,对低频和高频子带进行边缘检测,并将检测后的边缘信息选择后融合,即可得到原图像近似的边缘信息。依据小波方向性特点和层内相关性原理,对不同的子带在非边缘信息处采用不同的模板进行加窗处理。实验结果表明,该方法在降低了图像噪声的同时又尽可能地保留了图像的细节,较好地复原了图像。

提出了一种新的基于轮廓特征的图像配准算法,首先提取图像轮廓并计算每个轮廓点的法向角,然后对轮廓点法向角进行直方图统计,通过对两幅图像的轮廓点法向角直方图进行圆周相关计算便可快速估计出两幅图像所存在的旋转角度。由于旋转角度参数的求出通常可以大大简化配准变换模型中其他参数的估计,因而这种方式可以实现快速配准。这种利用轮廓点法向角来估计旋转角度的方式具有旋转、平移和尺度不变性,并对轮廓缺失以及存在噪声的情况均具有很高的鲁棒性,可广泛适用于存在闭合轮廓与开轮廓的各种情况。本文所提出的配准算法已成功应用于PCB 缺陷检测中实现了参考图像轮廓和待检测图像轮廓的快速精确配准。

在射影重建问题中,广泛应用的分解算法尽管能够平等地看待所有的图像,但它们要求全部空间点在所有的图像上都可视。为了克服这一限制,该文提出了一种基于分解算法的射影重建方法。该方法迭代地估计空间点、投影矩阵、深度因子和丢失的数据。投影矩阵和空间点通过奇异值分解被求取。深度因子则根据每幅所有图像点构成的行向量生成的线性子空间和与射影重建空间点构成的行向量生成的线性子空间是同一线性子空间的特性被估计出来。模拟数据和真实图像的实验结果表明,该射影重建方法具有重投影误差小、收敛性好和实用性强的特点。

针对基于单一特征驾驶员脸部检测算法在检测精度和可靠性方面的局限性,提出了一种新颖的驾驶员脸部检测融合算法。首先采用改进的基于Haar-like 特征的人脸检测算法在整幅图像上检测出可能存在的初始人脸区域,然后自适应地扩大初始人脸区域范围,并在此基础上利用基于肤色特征的方法在YCbCr 空间上进行脸部的二次检测,最后根据定义的脸部区域重合度和人脸几何先验知识对驾驶员脸部区域进行双重匹配验证进而制定相应的定位规则对脸部进行融合检测。各种复杂路况下的实验结果证明了该算法的有效性。

针对各种多视点成像系统中视点图像颜色不一致的问题,提出了一种基于多模式融合的多视点图像颜色校正方法。该方法通过定义四种通用的线性和非线性校正模式,首先对输入的源图像和参考图像进行视差估计,以视差估计得到的匹配块作为样本,然后对样本分别用四种校正模式进行训练,得到各种模式的校正参数,最后基于最小均方误差准则对各种校正模式进行融合,得到最终的校正图像。实验结果表明,该方法能实现参考图像与校正图像的最小均方根误差,且具有较好的校正效果。

为进一步提高无衍射激光图像的定中精度,提出了一种亮环亚像素级边缘点检测方法。首先,采用局域亮度最大方法,提取亮环像素级屋脊边缘点;然后,利用线性插值算法对每一像素级边缘点进行亚像素处理进而获得亚像素边缘点;最后,用最小二乘方法,将亚像素边缘点拟合定中。分别对距离光源40 m、50 m、60 m 处,各连续拍摄的50 幅图像(图像分辨率为640×480,光靶分辨率为0.057 2 mm/pixel)进行了处理,各位置处的亚像素级边缘点x 方向定中标准差分别为0.021 4 mm、0.037 2 mm 和0.042 3 mm,y 方向定中标准差分别为0.022 8 mm、0.035 1 mm 和0.043 7 mm,明显优于像素级边缘点。实验结果表明,该方法切实可行。

本文提出了一种基于Moore-Penrose 逆矩阵的新型选择性集成学习算法。先独立训练出一批个体学习器并为每个学习器指定一个初始权值,然后应用基于Moore-Penrose 逆矩阵的算法对这些权值进行优化,最后选择权值较大的个体学习器进行最终集成。本文提出的选择性集成学习算法方法简单、易于实现,执行效率高。对8 个真实数据集的实验表明,该集成学习算法相对于一般的集成学习算法,可以采用更少的学习器而获得更高的泛化能力。

本文基于视觉显著图提出了一种新的车牌定位算法。首先利用自底向上的视觉注意模型对输入的彩色图片分别提取出强度、车牌颜色、车牌边框方向三类特征图;然后将特征图整合成视觉显著图,并对视觉显著图进行二值化,得到车牌的候选区域;最后结合输入图片水平方向上的边缘信息,以及车牌的长宽比例、跳变次数等特征,准确提取车牌区域。实验证明,此算法能大量地减少背景环境对定位所带来的伪车牌个数,有很强的环境适应性和抗噪能力,具有较高的定位率。

针对空间激光通信中精跟踪光斑检测的特点与要求,本文提出使用自动增益调整的方法来克服光强饱和效应。该方法根据空间激光光斑变化原理与特点,采用DSP 器件作为核心处理器,完成光斑中位置计算、平滑滤波等功能。实验结果表明本系统不但能够实时输出光斑脱靶量,而且还能够根据不同的输入光功率,自动调整系统增益,从而克服由于光强饱和而造成的光斑检测失效;通过实际测量四象限探测器的转移特性曲线,表明本系统可以实现高精度光斑检测,角度分辨率为10.1 μrad,经数字滤波后器件细分能力提高1 倍。同时该系统可以通过外部配置调整滤波器阶数、正交补偿角等内部参数。

本文提出了一种基于形态学和小波域杂波抑制的微弱目标检测方法,该方法将图像序列进行形态学tophat 滤波,然后小波变换,再分别对各小波子带作平滑滤波,按各子带对滤波前后小波系数作差分运算,最后经过小波逆变换得到具有微弱目标的残差图像序列。用残差图像tophat 结果估计目标潜在区域,在目标潜在域的约束下,对残差图像序列进行时空域数据融合,实现微弱运动目标的检测。仿真实验表明,该方法杂波抑制后残差图像具有很好的白高斯特性,且目标邻域信杂比(SCNR)的平均增益比图像空域平滑滤波和图像频域低通滤波等典型运算的SCNR 平均增益有明显改善,目标检测算法在5 帧图像集成时能稳定检测出微弱运动目标轨迹。

针对低信噪比条件下机动目标实时检测与跟踪问题,提出一种改进的基于多模型粒子滤波的检测前跟踪(MMPF-TBD)方法。通过滑窗平均法判断粒子集是否受上一时刻目标估计结果的影响,当判断值超过设定阈值时,则根据上一时刻的目标检测概率与状态估计分布添加新粒子集,再用扩展后的粒子集对目标进行检测与估计。与现有方法的仿真比较表明,本文所提的改进方法能够有效地解决粒子退化问题,并在满足系统实时性的前提下,提高了对于机动微弱目标的检测概率和跟踪精度。

色温影响星敏感器恒星定位精度。运用光线追迹方法,研究色温对恒星定位精度的影响。在分析不同色温恒星光谱分布特征的基础上,建立恒星光谱模型,计算色温差异引起的恒星定位误差。计算结果表明:中心视场附近色温差异引起的恒星定位误差较视场边缘小;通过合理选择光学系统的响应波段,可以减小色温差异引起的恒星定位误差,但会损失恒星到达探测器感光面的光能量。例如,当响应波长从300 ~1 100 nm 减小为400 ~800 nm时,星敏感器视场(0°,0°)、(0°,2°)和(0°,4°)处的单颗恒星定位误差分别减小为0.042 2″、1.965 2″和3.389 1″,约为原来的54%、65%和70%;色温为9 600 K、7 600 K、5 600 K 和3 600 K 的恒星像斑能量分别约为原来的58%、62%、63%和51%。

光子计数探测是微弱光学辐射探测和超快速成像研究的关键技术。利用工作于盖革模式的雪崩光电二极管(APD)结合适当的驱动熄灭电路和NI-PCI 高速图像数据采集卡构成实验系统硬件框架,通过Labview 和VC++混合编程实现系统的数据采集处理程序和显示界面,设计建立了一套光子计数探测与成像实验装置,详细介绍了实施方案。该实验装置实现了光子计数脉冲信号的探测、处理与显示,为微弱光学辐射信号的探测与超快速成像研究提供了实验平台。

本文首先通过正弦波调制下干涉信号光强分析解调出光纤陀螺的输出信号,进而得出残余强度调制存在的情况下陀螺输出信号的变化情况,同时,通过分析陀螺信号的变化说明残余强度调制对光纤陀螺性能的影响与陀螺精度要求有关,精度越高,其影响越明显。其次,具体分析了数字闭环光纤陀螺受残余强度调制影响的情况下,其解调输出电压变化引起的数字阶梯高度变化,并通过残余强度调制系数与数字阶梯高度的关系式,说明了残余强度调制对光纤陀螺零偏和标度因数的影响。最后,对所得出的残余强度调制系数与光纤陀螺标度因数稳定性的关系进行了Matlab 仿真,通过仿真结果,更进一步说明残余强度调制对数字闭环光纤陀螺标度因数稳定性的影响。

利用变栅距光栅的衍射光束自聚焦特性,设计和制作了变栅距透射光栅,并对其自聚焦特性进行了研究。采用变栅距光栅的自动生成宏文件程序,优化设计了变栅距光栅的栅距变化。采用光栅扫描电子束光刻的方法制作了中心线数为300 l/mm、适用于355 nm 波长的自聚焦变栅距变狭缝光栅。使用三倍频Nd:YAG 激光器,研究了制作的变栅距光栅的聚焦特性,并与对氦氖激光的聚焦特性进行了比较。结果表明,主动式设计的变栅距变狭缝自聚焦光栅可以大幅提高衍射光强度和分辨本领,具有重要的应用价值。

提出了一种获得透平叶片及其微孔CAD 模型的光学测绘方法。首先,采用小视场的数字结构光三维扫描仪分块测量并拼接获得叶片点云;然后,在微孔中插入直径合适的高精度圆柱量规,测得量规点云,拼接到叶片轮廓上;最后,分别拟合叶片点云和量规点云为NURBS 曲面和圆柱体曲面。圆柱体轴线与NURBS 曲面交点即为微孔位置,圆柱体轴线方向即为微孔的法线方向。该方法采用传递测量对象的方式,测量芯棒而不是直接测量微孔;通过增加点云的采样密度,提高重建模型的精度和可靠性。测绘结果表明,叶片和量规的曲面模型的残差均为0.104 mm。

空间相干光通信中接收天线像差会使光外差效率下降。对本振光为高斯分布,信号光为爱里斑分布的光外差效率进行了研究,给出了无像差时外差效率的解析表达式。当焦平面上爱里斑半径与本振高斯光束光腰半径之比为1.71 时,有最大外差效率81.45%。然后以本振光为理想的高斯光束,信号光受像差的影响,研究了倾斜、离焦、球差、彗差、像散等像差引起的光外差效率损失,给出了存在像差时外差效率的一维积分表达式。研究表明即使在采用离焦校正后,一个波长的球差引起的附加外差效率损失仍可达0.9 dB。因此对于爱里斑位于光轴上的接收天线,在设计时需仔细处理球差的影响。

针对X 射线工业检测,设计了一种适合于计算机X 射线扫描仪的新型激光扫描系统。用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂以取代Fθ 镜头,利用影像板的柔性成圆弧形进片。同时扫描臂又用做接收器件来收集激发出的荧光,使系统性能提高,结构简单。根据进片方案,确定了扫描仪的系统控制方法,给出了控制过程时序图。计算了当五角棱镜存在安置误差时,对系统分辨率的影响,表明了设计的激光扫描系统具有一定的容差性和实用性。用实验验证了所设计制造的扫描仪的性能,结果显示图像具有良好的视觉效果,能够满足工业检测要求。

齿侧间隙会影响齿轮传动式望远镜的指向和跟踪精度。采用多电机驱动,通过施加偏置力矩能消除齿隙影响。以双电机驱动为例,建立动力学的数学模型,考虑齿隙非线性,齿轮传动链刚度的周期时变性,随机风扰力矩以及电机齿槽力矩的作用,以最小化偏置力矩为目标函数,齿轮不脱离啮合为约束条件,进行优化设计,获得了各驱动力矩下,全速度范围内的最优偏置力矩,并分析了传动系统的转动惯量、刚度及阻尼等参数,对偏置力矩设计的影响,得到了偏置力矩的变化规律。

根据某空间光学系统的SiC 反射镜的设计指标要求,对比分析了各种轻量化结构(包括三角形、正方形、六边形和各种扇形轻量化结构)的力学(自重变形)、热学性能(温度应力变形)。综合比较这些轻量化结构的轻量化率、比刚度和热稳定性能,最终确定采用一种扇形轻量化结构。在轻量化率达到75%的情况下,镜体的自重变形和热变形均满足要求:采用Zernike 多项式拟合去除刚体位移后得出,在周边支撑情况下镜面由于自重引起的表面畸变量的RMS 值为0.010 1 μm,约为λ/60(λ=0.632 8 μm)。

本文设计一种口腔内窥镜,以满足牙科医学应用。整个系统主要由成像系统、照明系统、图像显示及处理系统三个部分组成。系统具有显微放大的功能,并且亮度及色温可调。文中利用光学软件设计、优化了光学成像系统,给出了系统像差曲线,并构造了光学照明系统。论文结尾使用口腔内窥镜对两种牙齿模型进行了测试实验,系统成像分辨力高于100 lp/mm,图像清晰,可以观察到牙齿表面的细节。实验结果表明,系统能够满足牙科医学使用要求。

本文以机场场景下的可见光和SAR 图像为研究对象,提出了一种基于虚拟点特征的可见光和SAR 图像配准方法。该方法以虚拟点特征和控制点匹配技术为基础,处理具有全局仿射几何失真的异源图像配准问题。首先根据两类图像的特点,使用Canny 算子和一种兴趣算子提取两幅图像中的共有特征?直线特征,然后在直线特征的基础上拟合虚拟点特征,采用基于特征一致的粗配准和基于虚拟点特征的精确配准相结合的方法,对两幅图像实现由粗到精的自动配准。实验结果表明,本文方法可行且能取得较高的配准精度。

为验证图像压缩算法122.0-B-0 对遥感图像的有效性,在对该算法进行了较为详细的研究后,对该算法进行了软件实现,然后将该算法与JPEG2000、SPIHT 算法在压缩效率及压缩速度上进行了比较。实验结果表明:该算法在较低码率下压缩性能与JPEG2000、SPIHT 算法相当,在较高码率下压缩性能略微下降,但在相同码率下它的编码速度比JPEG2000 快2 倍左右,比SPIHT 算法约快1.5 倍左右,且编解码速度与码率成正比。该算法采用的编码方式相对简单,无反馈操作,可适应于不同内存大小的压缩系统,并采用分段编码有效地防止误码扩散,因此在空间飞行器上具有巨大的应用价值。

提出了一种测量振动物体振动频率的新方法,搭建了实验系统,并做了大量的实验。该系统通过接收振动物体的散射光并对其做自相关处理而得到振动物体的振型,通过对自相关数据的快速傅里叶分析给出振动物体的振动频谱。由于采用光纤传输光信号,用光电倍增管作为光子探测器,并采用了自相关和快速傅里叶变换相结合的数据处理方法,使得该系统对光源和被测物体均无特殊要求,适用范围广,操作简便,能够很容易的实现非接触、远距离、网络化在线测量。模拟实验表明,该系统的测量范围可达1~10⁵ Hz。

针对多尺度Retinex 算法(MSR)计算复杂度过高的缺陷,本文提出了模拟人眼视觉特性的Retinex 图像对比度增强方法。该方法根据Retinex 计算模型分离彩色图像的照射分量和反射分量,并引入非线性变换函数对其进行修正。基于对数变换的非线性函数拉伸图像照射分量,改善了全局视觉效果,再利用考虑人眼灰度分辨能力的变换函数对反射分量值进行调整,从而改善了图像局部对比度。实验结果表明,算法直接在RGB 彩色空间和其它分离色度亮度的彩色空间的处理效果都很好,没有出现明显的彩色失真现象,处理速度也快于MSR 算法。

针对超分辨率图像重建过程中的正则化约束问题,本文提出采用p(x)调和映射进行正则化重建,根据超分辨率图像观察模型及正则约束,给出相应的能量泛函,并采用动态偏微分方程演化来求解能量泛函。该算法在重建的过程中能够根据图像空间特性自适应地采用不同的p(x) 范数进行正则化,在图像的平滑区域采用近似2 次范数进行正则化,而在图像的边缘区域采用近似1 次范数进行正则化。实验结果均表明该算法不仅能有效地重建图像边缘,而且能有效地改善一次范数约束重建的分片常数效应。