利用圆孔阵列光强调制作用可以有效减弱光学窗口的“猫眼”效应, 同时也会对“猫眼”目标成像质量产生一定不利影响。考虑到利用调制传递函数 (MTF)可对光电仪器成像质量进行综合评价, 分别给出了测试望远系统和微光夜视系统 MTF的数学模型, 利用自行研制的光学仪器 MTF数字化检测系统, 实现了这两种典型“猫眼”目标 MTF的数字化检测。结果表明, 圆孔阵列在全空间频率上均使“猫眼”目标的 MTF有所下降, 且孔径较小、孔阵较密的圆孔阵列对“猫眼”目标 MTF的影响较小, 这为合理设计圆孔阵列结构以减小对“猫眼”目标成像质量的影响提供了可靠的实验数据。

雨滴粒子直径和速度实时测量是雨滴谱参数计算的关键, 为了实时、连续得到精确、可靠的统计雨滴样本数据, 采用基于高速线阵 CCD的光阵排列法对雨滴速度和直径进行非接触测量, 通过 FPGA构造雨滴图像乒乓操作缓存单元, 存储两行连续一维动态雨滴图像, 发挥 FPGA的并行运算能力, 利用 FPGA快速实现雨滴动态图像连通域检测及连通域标记算法, 进而实现雨滴粒子的直径和速度检测。实验证明, 该方法能自动连续测量记录雨滴数量、粒径大小和收尾速度, 为雨滴谱参数计算提供可靠样本数据。

激光打在漫反射屏上形成直径几厘米的近场光斑, 人工使用照度计能直接测量光斑照度, 但容易造成误差。本文通过数字摄像法得到相机拍摄的光斑图像的灰度, 在 Tsai模型基础上考虑漫反射率和相机离轴角的影响, 建立了光斑照度映射与图像灰度的数学模型, 由图像中的灰度能计算得到漫反射屏上光斑的照度。该方法简单、准确。通过实验和数据分析结果表明: 光斑上不同位置目标点的照度映射后和图像对应像元灰度的关系符合 CCD响应度的线性关系, 从而为研究漫反射屏上照度测量方法提供了新的参考。

提出了一种在小型液晶屏盒内缺陷检测中消除纹理影响的方法, 并成功制作了国内首台小型液晶屏盒内缺陷自动光学检测仪。本方法的基本原理是: 采集标准液晶屏图像, 利用其图像数据建立补偿矩阵, 在检测的预处理过程中使用补偿矩阵消除纹理。这种方法有效解决了液晶屏纹理影响检测结果的难题。理论分析及现场实验结果表明, 该方法达到消除液晶屏纹理的同时完整保留缺陷的目的, 使液晶屏盒内缺陷自动检测的准确性大大提高。

本文设计了一种应用于微小车床对刀的二维对刀间隙检测装置, 采用正交方式布置构建光学图像测量系统, 建立了基于图像处理技术的微小车床对刀间隙检测系统; 利用标准量块对光学系统进行精确标定, 并应用于微小车床进行微小对刀间隙的测量。将对刀间隙光学检测系统安装在自研的微小车床上, 通过车床微动平台施加微小位移进行系统验证。实验结果表明: 该检测装置能够快速有效地进行微小车床对刀间隙识别与检测, 系统检测精度达±15 μm。实验同时验证了对刀间隙检测算法的正确性, 可用于微小车床的精密对刀。

为了克服外部干扰对机载光电陀螺稳定平台的影响, 实现高稳定精度和隔离度, 采用基于伪微分反馈的控制技术对系统的控制性能进行了研究。首先, 介绍了伪微分反馈控制技术的基本结构, 并对其进行了简化。从理论上分析了简化的伪微分反馈控制技术在控制结构和控制性能上较经典 PI控制的优势; 然后, 提出采用试凑法对伪微分反馈控制器进行参数整定的整定策略; 最后, 以某型号机载光电陀螺稳定平台为研究对象, 对伪微分反馈控制器和 PI控制器在抗力矩扰动、隔离载机角速率扰动和控制对象模型摄动等方面进行了仿真对比实验。实验结果表明, 在相同的闭环带宽情况下, 采用简化的伪微分反馈控制器的机载光电陀螺稳定平台的阶跃响应具有更小的超调, 更短的上升和调节时间。在陀螺噪声存在的情况下, 该控制器能够有效地抑制力矩和载机的姿态扰动对系统性能的影响; 并且对被控对象的模型摄动具有较强的鲁棒性。

本文建立了基于机器视觉反馈的云台控制模型, 并通过相邻帧间的目标位置预测来简化搜索算法, 实现快速高效的视觉云台对运动目标的连续跟踪。在制定系统空间转角输入量的控制策略中, 简化了控制模型并对产生的偏差量进行了分析。结果表明, 简化后的控制算法能够实现快速反馈和像面调整, 在 25帧/秒时实现对运动目标稳健跟踪, 且跟踪精度高于传统算法; 在目标速度 2 m/s、相机 60帧/秒时, 改进算法实现了对运动目标的连续跟踪。同时提出了立体视觉系统模型及其在云台控制中的应用, 通过像面坐标获取空间位置信息以规避目标跟丢现象。

基于PC机图像处理系统实时性不强, DSP+FPGA图像处理系统的成本高、资源利用率低, 单纯使用 FPGA硬件实现的图像算法类型较为单一, 针对这一系列问题, 提出了一种基于 FPGA软硬件协同处理的实时图像处理系统。采用一片 FPGA芯片作为系统的核心, 利用 CCD相机等采集图像, 通过 SSRAM将图像缓存, 以 SOPC为控制核心, 协调软硬件共同进行图像处理。易于使用硬件实现的图像处理模块 (如滤波、形态学算法、图像校正、边缘检测等 )均使用 Verilog HDL语言实现, 通过 SOPC控制这些图像处理模块, 实现相应的图像处理功能; 而硬件难于实现的部分 (如流程控制、复杂的分支判断 )则使用 SOPC中的 CPU来实现。实验表明, 系统实时性强、图像处理速度快、可进行复杂图像算法的运算, 同时具有设计简单、应用灵活、成本低的特点。

基于随机有限集理论的多目标跟踪方法, 能够避免数据关联步骤的困扰, 能够较好地解决复杂环境中目标数目未知且随时间变化的多目标跟踪问题。本文分析基于数据关联和基于随机集理论的多目标跟踪方法, 阐明基于随机集理论的多目标跟踪方法的特点和优点, 对目标状态提取、航迹关联、更准确的滤波算法, 以及复杂条件下的 PHDF算法等关键问题进行总结和评述, 并指出该领域今后的研究热点。

为了提高飞行器的事后定位精度, 提出了一种基于多台雷达光电经纬仪外测数据融合的处理方法。给出了雷达光电经纬仪外测数据的数学模型, 将样条约束方法应用于角度、距离和速度测量数据的融合处理, 建立了飞行器位置参数和设备系统误差的联合求解模型, 通过充分利用雷达测量数据来增加模型的冗余度。仿真结果表明, 与单纯的角度数据融合相比, 角度、距离和速度测量数据进行融合可以显著提高飞行器位置参数和设备系统误差的估计精度。

为了对大空间组合测量中的三维坐标转换精度进行分析, 指导现场测量公共点的布置方案, 通过对坐标转换参数的最小二乘不等精度估计, 建立了坐标转换精度在空间中分布的数学模型。通过模型可以得到空间中任意被测点的转换精度, 并且转换精度受到公共点的测量点位误差及其几何分布的影响。最后结合多个公共点三维坐标数据分析了转换精度影响因素。实验表明, 通过改进公共点坐标测量精度及几何分布能够有效地提高三维坐标转换精度。

实际人脸跟踪过程中, 光照和姿态的变化、背景颜色干扰等因素都会极大地削弱颜色特征的有效性, 从而造成跟踪的不稳定。针对该问题, 本文提出了一种以颜色和轮廓分布为线索的粒子滤波人脸跟踪算法。该算法主要有三个方面的特点: 第一, 在粒子滤波基本框架下, 引入新的用直方图描述人脸轮廓的方法, 有效解决了光照、人脸旋转、部分遮挡问题对跟踪的影响, 并且能及时有效地重新捕获由于大面积遮挡等原因而丢失的目标。同时采用实时调整每帧图像特征点个数, 有效提高了跟踪效率。第二, 针对背景干扰问题, 提出了一种抑制相似背景颜色干扰的方法。第三, 本文还提出实时更新模板的方法来提高跟踪的准确性。实验证明本文算法对人脸跟踪具有很好的效果。

光电跟踪测量系统的测量精度与成像质量受成像系统动态分辨率的影响。成像系统动态分辨率受光电跟踪测量系统跟踪精度的影响。分析与试验表明, 光电跟踪测量系统的动态成像分辨率主要取决于静态分辨率和跟踪精度; 工作过程中的光电跟踪测量系统的动态成像分辨率比光电跟踪测量系统的静态成像分辨率低; 与传感器的积分时间相比, 高频目标与低频目标对动态成像分辨率的影响模型不同; 在传感器积分时间、目标的运动状态及对动态分辨率要求确定的条件下, 可对静态成像分辨与控制系统进行优化设计。

超分辨率重建是解决视频人脸识别中人脸分辨率低的有效方法, 但由于人脸畸变、表情变化等非刚性变化导致无法精确配准和重建。针对此问题, 提出基于 B样条的多级模型自由形式形变 (FFD)弹性配准算法。先用低分辨率 FFD网格全局配准, 再对全局配准后的图像分块并计算对应子图块的相关性系数, 对相关性系数小的子图块用高分辨率 FFD网格局部细配准。在配准的寻优过程中采用基于混沌因子的自适应步长最速下降法提高寻优效率。配准后, 采用 POCS算法对多帧图像重建高分辨率图像来识别。在标准视频库和自建视频库上实验仿真 , 结果表明在人脸畸变和表情变化很大的情况下, 也能够精确的配准和很好的重建, 得到较高识别率。

针对光刻对准系统的微纳级对位精度, 本文提出一种在图像相关识别的理论分析基础上, 利用纯相位匹配滤波算法以及它所特有的相干峰高度旋转敏感特性而进行投影式光刻对准的新型套刻技术。该技术可求得在套刻过程中, 掩模板和硅片基板对准标记的相对平移坐标与旋转坐标的量化驱动值, 其对位精度与对位效率显著提高。通过实验数据证明了该理论的实验可靠性与有效性。

提出一种基于稀疏表示的掌纹识别方法, 该方法借鉴二维主成分分析(PCA)良好的数据压缩属性和较快的特征提取速度, 生成掌纹特征图像。二维 PCA不仅克服了一维 PCA数据维数过大不易计算的缺点, 而且保留了原始图像的数据结构, 提取的特征能更好的代表原始图像。为了便于稀疏表达, 对提取的掌纹特征图像利用一维主成分分析进行二次特征提取, 得到训练样本。虽然此处使用了一维 PCA, 但是由于这是二次特征提取, 提取的特征还是保留了原始图像的数据结构, 相比单纯的一维 PCA, 提高了识别率。利用训练样本构造出冗余字典, 并采用稀疏表示理论将测试样本表示为字典原子的线性组合, 然后根据表示系数的稀疏性与稀疏集中度实现分类识别。由于该方法利用了表达系数的稀疏性, 因此减小了算法的时间和空间复杂度。实验表明, 针对香港理工大学的 MSpalmprints Database, 本文方法的识别率较传统方法有明显提高。

为了提高激光制导**弹目视线仿真精度, 根据弹目视线仿真过程, 对实验室弹目视线角误差来源进行了分析, 基于误差合成理论, 建立了视线角误差模型, 给出了一种实验室视线角精度的整体评价标准, 并根据该评价标准运用遗传算法对视线运动系统的布局进行了最优化设计, 得到了视线角误差在漫反射屏上的分布图, 为弹目视线仿真提供参考, 从而提高视线角仿真精度。

为了使增强的 Fisher鉴别准则 (EFDC)避免因 PCA降维带来的鉴别信息丢失问题, 本文将其进行二维推广, 提出基于二维类内差异信息保持 (2D-IDP)的人脸识别方法, 该方法建立了一个鲁棒性更强的鉴别准则, 使得投影后不同类的样本点尽量远离的同时, 类内紧致性和差异信息都得到有效保持, 避免了过学习现象的产生。同时对 EFDC近邻图中的参数 t作了重新定义, 使其能根据不同的输入样本自适应的变化, 避免了 t选择不当导致的识别性能下降的问题。在 YALE和 AR人脸库上的实验表明了本文方法的有效性。

在分布式光纤周界安防系统中, 对距离较长、背景环境复杂的边境进行检测时, 系统根据光缆沿线发生的事件进行识别。为了区分各种引起光缆振动的激励, 本文根据入侵信号与环境引起的振动信号在小波尺度上方差幅值的分布特征, 利用小波多尺度分析理论构造了由各尺度下的方差组成的特征向量, 提出了根据方差特征向量的不同来识别各种振动信号的“尺度－方差”信号的方法。在实验系统中, 光缆总长度为 56 km, 光源的功率为 300 μW, 工作波长为 1 550 nm。实验结果表明, 此方法可以有效区分入侵信号、环境噪声和人为活动引起的非入侵事件, 提高了系统的检测概率和降低系统的虚警率。

有效监测树脂传递模塑成型 (RTM)的树脂注模过程对于生产大型共固化复合材料结构十分必要。本文重点讨论利用光栅传感器监测注模过程的树脂流动问题。本文在复合材料层的不同位置布置了 1个温度传感器用来监测温度, 2个应变传感器用来监测树脂流动前沿到达时间, 试验结果表明 50 min和 115 min时树脂流动前沿分别到达 No.1和 No.2应变传感器, 166 min时完成注模, 此时监测温度为最低的 24.59 ℃。光栅传感器完全可实现树脂传递模塑注模过程的监测。

传输光纤引入的偏振和相位调制噪声给光纤水听器远程传输系统带来严重影响。论文提出使用一个声压和加速度不灵敏的参考探头来获取传输光纤引入的公共噪声, 并将该噪声进行自适应滤波处理来估计和消除传感探头中传输噪声的方案。实验结果表明, 归一化最小均方误差 (NLMS)自适应算法对冲击传输光纤引入的宽带偏振噪声抑制最大达 20 dB; 对传输光纤中大幅度的单频连续相位调制噪声抑制达 20 dB; 自适应滤波基本消除了传输噪声的影响, 并且完整保留了传感探头中的仿真信号。实验同时证明, 自适应噪声消除的结果优于直接将参考探头与传感探头信号相减的噪声抑制效果。

目前基于 PSD的光电探测应用大多是以激光入射, 有效信号远强于背景, 为了满足更大的测量需求, 本文提出了一种基于 PSD的强背景下探测闪光点空间位置的方法。设计了预处理电路将 PSD产生的微弱电流信号转换为电压信号并经过高速 AD转换为数字信号, 分析了背景信号对 PSD测量结果的影响, 提出了在软件中减去背景和暗电流以提取有效信号并对其进行精确计算的方法。用 LED做闪光点在不同室外背景下进行了相关实验, 结果表明: 该方法可以实现 200 kHz的高速测量, 有效去除了不同背景和暗电流的影响, 强背景下测量线性误差在 ±1.2%以内。

立体视觉定位算法的运动估计通常在 3D欧式空间中进行, 但由于特征点 3D坐标的噪声各向异性且分布不均匀, 3D重建在深度方向上比另两个方向上的准确性差, 从而导致 3D欧式空间运动估计精确不高。本文提出了一种新的基于视差空间运动估计的高精度立体视觉定位算法。算法首先采用视差空间 4点闭环线性解法和 RANSAC算法得到初始鲁棒运动估计和匹配内点。接着, 利用新的视差空间再投影误差函数提出了基于 LM算法的视差空间运动参数非线性优化方法, 对初始运动参数进一步优化。视差空间噪声分布均匀且各向同性, 本文的初始运动参数线性估计和非线性优化都在视差空间中进行且能达到全局最小。仿真实验和真实实验结果表明, 本文算法能得到高精度的立体视觉定位结果, 优于传统的 3D欧式空间运动估计方法。