为研究具有柔性气动外形的微型飞行器抗气流扰动特性，本文设计了一种具有柔性气动外形微型旋翼飞行体，利用有限元方法对飞行体垂直气道的设计模型进行了模态分析，实现了飞行体的垂直起降和悬停。在基于双目立体视觉测量的气流扰动场实验装置中对飞行体完成初步的三维可视化检测，利用频闪成像方法记录气流扰动下飞行体的运动轨迹和气动外形的形态学变化，为研究柔性气动外形非定常气动特性以及飞行体抗扰动机理提供一种有效的可视化信息提取方法。

为解决如何在图像低比特率压缩的同时将边缘等特征保留下来这一问题，本文提出一种面向边缘特征保持的图像压缩方法，即在基于小波的 Contourlet变换压缩基础上提取边缘并对边缘编码，再使用边缘保持重建规则进行低比特率图像压缩重建。仿真结果表明，本文方法与仅基于小波的 Contourlet变换图像压缩方法相比，边缘保持更完整，图像对比度更高。面向边缘特征保持的图像压缩方法有利于低比特率条件下重建图像保持完整的边缘特征，从而可以提高用户对重建图像的识别和理解程度。

在三次相位板的波前编码技术研究中，系统的离焦极限和三次相位板的面型参数是决定系统成像质量和图像恢复难度的重要参数。本文利用根据魏格纳函数推导出的准确波前编码成像系统 MTF函数，提出了一种三次相位板面型参数和离焦极限之间关系的讨论方法，分别利用该方法得出三次相位板系统的理论离焦极限和针对不同应用的实际离焦范围；计算得出限定不同离焦量要求时的三次相位板面型参数的选择。并通过对离焦与非离焦情况下系统 MTF函数对比，讨论系统离焦时的 MTF全局一致性。并分别利用数值计算和 CODE V模拟验证了通过此方法得到的系统离焦极限和相位板面型参数的有效性。

提出了一种基于光波非相干叠加原理的光学加密系统。该光学加密系统采用将图像信息隐藏于三个随机相位板中，其中一个随机相位板使用计算机生成，另外两个通过相位恢复方法得到。解密时，使用不同波长的光波照射由这三个随机相位板构成的两组随机相位板，并通过分束镜将两个衍射场进行非相干叠加，叠加后干涉场的强度即为原始图像，可以采用 CCD等图像传感器件直接记录。本方法不但系统对于暴力攻击具有鲁棒性，也消除了先前提出的基于干涉原理光学加密方法存在的“轮廓像”问题，具有较高的安全性。计算机模拟结果证实了本方法的有效性。

为了提高基于 CCD测量火焰辐射能的精确性和实用性，以便将辐射能引入到锅炉燃烧控制系统中，本文根据 CCD成像原理和辐射传热理论推导出计算火焰辐射能的机理模型，又依据此模型，利用大量的实验数据，应用非线性最小二乘法进行数据拟合，确定了模型中的未知参数，得到辐射能关于火焰图像 RGB三基色值和火焰面积的函数关系，并验证了此函数关系式的精确性。实验结果表明: 该拟合模型最大相对误差为 1.38%，真实值与拟合值的相关系数为 0.997 8，其精度满足工业应用要求，具有较强的工程实践意义和应用前景。

微扫描成像技术作为一种有效减少图像频谱混叠、提高系统空间分辨率的有效方法，被广泛应用到红外焦平面成像系统中。在介绍红外成像系统微扫描成像技术的基础上，以 2×2模式可控微扫描为例，分析了其成像过程和直接重建算法，提出了一种基于像素相关度的加权插值重建算法，并利用微扫描低分辨图像对插值图像进行了修正。实验仿真中新算法得到的图像 RPSNR较直接重建算法提高了 1.82 dB，eMSE降低了 34%，表明该算法可以有效提高微扫描成像效果。

本文提出一种基于改进 CDF方法的动态背光调整算法，该方法根据一幅图像的 12个区域子图的灰度直方图，采用 CDF方法得到各个区域的背光亮度系数，以最大 CDF背光亮度系数作为全局背光亮度系数。限定背光亮度的亮度系数在 0.6~0.9之间变化，在节省功耗的前提下，可以保证图像质量。实验结果表明，该改进方法提高了图像显示质量，明显降低了功耗，同时满足 PSNR图像质量评价指标要求。

通过分析现有人耳识别方法的不足，将局部线性嵌入 (LLE)算法应用于人耳识别。但 LLE算法对近邻点个数 K的依赖性很强，通常 K较大时才能获得良好的降维效果，而计算量也随之增加。为了减弱 LLE算法对 K的依赖，本文对 LLE算法的距离进行了改进，使样本集分布更均匀。在 K值比较小时，改进 LLE就能得到良好的降维效果，在一定程度上扩大了 K的取值范围。改进 LLE算法和原始 LLE算法的人耳识别实验结果表明，改进 LLE能获得更高的识别率，从而验证了该算法的有效性。

针对局部相位量化 (LPQ)方法描述图像特征时不能对各个子图像不同的贡献率加以区分的问题，提出了一种自适应加权局部相位量化 (AWLPQ)的人脸识别方法。首先对人脸图像进行分块并在每个子图像上进行 LPQ特征提取，然后将信息熵作为衡量各个子图像对整体人脸描述的贡献度的依据，对每个子图像进行自适应加权。在 FERET数据库上进行的实验表明 AWLPQ具有较好的识别性能。随后针对 AWLPQ中存在的高维向量问题，作了进一步分析，引入了近邻保持嵌入 (NPE)的流形算法进行降维，提出了 AWLPQ-NPE方法。实验结果表明该方法具有很好的鲁棒性和识别性能。

针对 PHOG特征在描述人脸形状时容易受到梯度强度突变及噪声干扰的缺点，提出了一种基于改进 PHOG特征的人脸识别算法。首先对仅适用于描述清晰人脸轮廓形状的 PHOG特征进行了改进，使其对人脸局部结构描述更加精细化，并通过改进的归一化方法达到对噪声的抑制，最后通过 KPCA变换将改进的 PHOG特征非线性映射到高维核空间中，进一步选择区分能力较强的特征分量，用最近邻分类器进行分类。在 ORL、FERET和 YALE人脸库中做了多组实验分别取得了 98%、95%及 98.67%的识别率，实验证明: 该算法在抑制轮廓噪声提高识别率方面达到了较好的效果。

为了实现不同颜色、不同光照条件下物体的高精度三维测量，对多频率三维测量中的相位叠加、相位编码以及全局解相方法进行了研究。首先，选取三种不同频率的正弦波形，经过 3~8步相移，向物体投射光信息，并通过相位叠加，获得等效频率的相位信息。接着，利用已经获得的等效相位信息，对三种不同频率的相位信息进行编码。然后，在相位编码的基础之上，通过全局解相方法，获得全局相位信息，进而获得高精度物体三维坐标。最后，介绍了精度验证方法及其与传统格雷码三维测量方法的精度对比。实验结果表明: 格雷码的三维测量精度为±0.04 mm；多频率三维测量精度为 ±0.02 mm。多频率方法不但测量精度高，并且可以弥补格雷码方法无法实现不同光照条件下的三维测量难题，具有更广泛的适用性。

为使光焦度计对光斑质心计算时同时具备高精度和快速的速度，考虑到光焦度计中光斑可能存在变形、部分缺失或二次反射等问题，并且对光斑计算只需要其质心位置的参数，本文提出了一种适用于光焦度计的椭圆中心快速计算方法。该方法通过二值数学形态学提取光斑的边缘，再通过改进的 RANSAC方法去除错误的边缘点以进行椭圆拟合，最后根据拟合后的椭圆表达式的系数直接计算椭圆的中心坐标，即光斑的质心。实验结果表明，该椭圆中心计算方法在光焦度计的使用中同时具有较快的计算速度和 Hough变换一样高的精度 0.01D，适合实际应用。

为了研究是否可以通过提高光学仪器放大率来提高细光束畸变图像的分辨率问题，讨论了穿越可压缩混合层后细光束成像的变形特性。本研究先利用 CCD相机成像系统获得细光束畸变的实验图像，再利用二维双正交小波变换和 Canny边缘检测技术对这些图像进行后处理。分析结果表明: 这两项后处理技术可清晰识别出细光束图像的边缘。此外研究还发现: 从衡量光学仪器分辨率角度而言，细光束畸变图像的面积比周长能更好地反映图像的变形特点。

针对目前靶场子弹管理自动化水平不高的现状，本文提出并设计了一种新颖的紫外探测式的子弹统计系统。系统由主机、主节点和两个计数节点组成。计数节点采用“日盲型”的紫外探测器探测子弹火焰中的紫外辐射，背景辐射弱，虚警率很低。子弹信号的 A/D转换和计数统计由 STM32微控制器实现，功耗极低。相同的硬件结构使得计数节点很容易扩展。主节点在计数节点基础上，增加了串口，与主机通信。主节点与计数节点之间通过 CAN总线进行通信。紫外探测式的子弹统计系统可以有效检测子弹连发，计数准确，可靠性好，在靶场实验中取得了很好的结果。

为了实现枪击案件的有效快速侦破，设计了弹痕三维纹理比对系统。本文主要是对撞针在弹壳尾部上的压痕进行比对，以确定两弹壳是否发自同一支枪。首先根据弹壳尾部为一圆形的先验知识，对撞针处的压痕进行质心计算，把其中一个弹壳进行绕圆心旋转，使两撞针质心与各自的圆心连线平行，然后进行基于体素的互相关测度计算。为了提高比对的精度，提出了利用自适应的变系数迭代法进行互相关测度计算。实验结果表明，当两个弹壳发自同一支枪时，互相关测度值的最大值能够提高 30%以上，平均提高 12%以上。比对结果稳定可靠，能够满足弹痕比对系统的要求。

数显仪表的自动识别技术对提高其使用效率，拓展使用环境等方面具有重要意义。本文针对液晶数显仪表在图像采集过程中的笔画缺失 (缺字)，提出了一种数字自动识别算法。引入二维熵阈值对待识别的图像进行二值化分割，减小照度过低或照明不均匀的影响，同时采用多次分割、编码匹配的方式对缺字数字进行识别。经过多种仪表的识别实验，结果表明该方法满足仪表数字识别的速度和准确率要求，且对图像倾斜、缩放等均有较好的适应性。

针对零差正交激光干涉仪在直线运动测量中的误差来源及其影响，说明了零差激光干涉仪两路正交干涉信号中零漂、幅度误差以及相位误差等典型的非线性因素对位移测量的影响。本文采用一种简单的方法首先去除了干涉信号中的零漂与幅度误差，详细论述了正交相位误差对振动与冲击位移测量的影响，通过试验与理论分析的方式确定了相位误差引起位移测量误差的大小及误差性质。提出了对相位误差进行修正的办法，并通过装置试验验证了该方法的有效性，为整个标准装置的不确定度评估以及干涉仪的调试提供了参考。

本文提出了多视平均幅值合成孔径雷达 (SAR)图像的拖尾 Rayleigh先验模型的参数估计方法。首先，本文通过对数变换把 SAR图像的乘性模型变为加性形式；其次，本文使用负数阶矩理论，推导出真实图像的对数变换的期望和方差；最后，本文基于斑点的对数变换的高斯近似，获得了斑点的对数变换的期望和方差。所提估计方法具有解析的表达式，便于实现。 Monte Carlo仿真和真实 SAR图像的参数估计实验表明，所提方法可以有效的从多视平均幅值 SAR图像估计出拖尾 Rayleigh先验模型的参数。

通过计算被测非球面反射光波与球面光波干涉条纹的密度，找到了一种确定非球面的最佳参考球面和非球面度的新方法。该方法采用计算机数字计算分析技术，计算一系列不同半径的球面波与非球面波的干涉条纹密度，使得最大干涉条纹密度最小的球面便是所求解的非球面的最佳参考球面。该方法的最大优势在于可用于不需要对非球面表面函数进行解析计算，就能够很准确地确定任意非球面的最佳参考球面的半径、最大非球面度、被测非球面波与最佳参考球面波干涉条纹的最大密度和位置。

基于像素的图像配准测度函数通常采用归一化互信息，其具有良好的配准性能，能够达到亚像素配准，但对于多模态图像配准，由于局部极值的影响以及全局最大值的捕获范围较窄，容易陷入局部极值导致配准失败。结构相似度通常用来评估图像质量，可以反映图像间视觉效果和结构信息的差别，同时与像素灰度的统计分布相关，当空间位置发生改变时，图像间的结构相似度也随之发生变化。对其进行适当修改，作为一种新的测度函数运用于图像配准。实验结果表明: 这种修改后的结构相似度作为测度函数，其配准曲线为良好的上凸函数，没有明显的局部极值，图像匹配时对应其全局最大值，并且捕获范围较宽，鲁棒性较高，但运算速度较慢，对强噪声比较敏感；应用于三维图像配准，即使是 10个参数的仿射变换，也能够达到亚像素级配准精度。

基于仿射高斯尺度空间理论，提出了一种完全仿射不变特征 (FAIF)提取算法。 FAIF算法针对仿射高斯尺度空间难以构造的问题，提出了将仿射高斯尺度空间转化为尺度空间的思路。以图像特征区域的协方差矩阵作为特征区域各向异性程度的度量，将各向异性的特征区域通过旋转压缩的方式变换为各向同性区域，最后在各向同性区域上提取完全仿射不变特征点。实验结果表明， FAIF算法可以适应大的视角和尺度变换，并且在立体场景的图片中也有足够多的匹配点，其性能优于现有的仿射不变特征提取算法。

嫦娥探月工程二期嫦娥 3号的着陆任务需要高分辨率影像数据的支持。因此，提出了一种基于压缩感知的超分辨率图像重建方法，实现了虹湾地区月球卫星影像的超分辨率重建。通过从美国阿波罗计划获取的月球影像、嫦娥 1、2号卫星影像和嫦娥工程二期试验中获取的图像中提取了大量训练图块，完成了高、低分辨率过完备字典对 Ah和 Al的联合训练，采用正则正交基追踪算法求解优化问题，获得关于低分辨率图块的稀疏表示，并将表示系数用于 Ah以生成对应的高分辨率图块，得到满足重构约束的高分辨率图像。实验验证了算法的有效性，表明其在视觉效果及 PSNR和 RMSE指标上均优于传统方法。

本文分析了图像复扩散去噪算法的优缺点 , 针对复扩散强度参数 k与迭代步长 Δt在扩散过程中恒定的缺点，提出了一种基于扩散强度参数与迭代步长的自适应复扩散去噪算法。在该扩散过程中，用图像实部的局部梯度控制扩散强度参数大小实现在不同在梯度区域的不同扩散速度，同时对迭代步长随迭代次数增加而逐渐增加，以实现在更短的扩散时间内获得更好的去噪效果。实验结果表明，本文提出的方法在去除噪声的同时更好地保留了图像的细节信息，取得更高的峰值信噪比，所用时间更少。

非负矩阵分解通过将一个非负矩阵分解为两个正矩阵的乘积，已经广泛的应用于高光谱图像解混。但是非负矩阵分解直接应用于高光谱图像混合像元分解时收敛速度比较慢，容易陷入局部最优解。本文首先介绍了非负矩阵分解的基本原理，然后利用自动形态学端元提取方法获取端元光谱对非负矩阵分解中端元矩阵进行初始化。在保证非负矩阵分解中非负性和分解精度基础上，利用高光谱图像中端元光谱的非负性及其空间分布的连续性、稀疏性来对非负矩阵分解进行约束限制，其中稀疏性度量是通过非平滑的 NMF算法和稀疏约束的 NMF算法来实现的。最后采用多步内循环迭代的方法更新端元矩阵和丰度矩阵完成高光谱图像解混，对实际的高光谱图像进行解混取得了较好分类效果。