高性能白光干涉测量技术的发展对零光程位置精确拾取提出了更高的要求。基于白光干涉光强对称分布特点设计了对称性判据, 并根据此判据和实际采样数据的离散性, 提出了一种白光干涉零光程位置拾取算法。算法分为两步: 首先, 从数据中寻找最大测量峰值, 然后搜索最大峰值附近的子峰, 利用对称性判据及其变化趋势来确定最接近的零光程位置的子峰; 接着, 由于采样点的离散性, 需要进一步对搜寻到的子峰进行局部数据拟合, 通过拟合峰值最终确定零光程干涉峰值和零光程位置。此时对称性判据还可用于评估零光程拟合位置与真实位置间距。通过实测数据处理和算法对比实验表明: 该算法能够进一步提高零光程位置辨别能力和拾取精度, 保障高性能白光干涉测量设备的超精密测试需求。

基于激光断面扫描卧式罐所获取的点云数据, 提出了一种卧式罐倾斜比计算方法。该方法建立在卧式罐筒体为近似圆柱体的基础上, 通过拟合筒体上点云数据得到轴线方程, 从而得到卧式罐倾斜比计算方法。该方法首先给出了点云数据的预处理方法, 通过基于曲率算法和对称性原理, 将单层数据中的圆弧段与直线段进行分离; 通过基于最小二乘法的直线拟合, 剔除了由于附件引入的干扰点, 以此获取稳定的圆柱拟合参数; 然后, 利用 Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法, 拟合得到圆柱体参数方程, 最终换算得到卧式罐倾斜比的精确计算。实验证明, 该方法运算时间短, 鲁棒性强, 与手工测量相比, 角度偏差小于 0.01°。

为了精确的测量电涡流传感器的距离 -电压输出线性区间和线性位移精度, 本文采用了显微散斑相关法对位移进行标定。首先, 利用精度为 5 μm位移平台进行位移调节, 得到位移和电涡流传感器输出电压的线性区间。然后, 在线性区间内进行密集采样, 通过显微照相系统采集散斑图, 利用散斑相关法求出位移, 得到更高精度的位移-电压曲线。分析了显微散斑照相的检测流程与检测精度; 讨论了散斑尺寸对测量的影响。设计了测量光路参数: 采用 40×显微物镜配合 20×读数显微镜可以实现 64.5×的放大倍率。对 40铬材料进行了位移 -电压曲线标定实验, 实验结果证明: 本系统可以实现高精度的电涡流传感器位移标定, 测量精度达到 0.09 μm, 要实现更高精度的标定可以提高显微系统的放大倍率。

用同心圆做靶面标志, 将同心圆靶平行于舵轴固定在舵面上, 用单目视觉法实时测出方向舵转动前、后同心圆的位置姿态求转角, 取同心圆平行于像面的直径为特征直径。取与特征直径垂直的直径为辅助特征直径, 证明了它的像与同心圆透视投影的两个椭圆中心和圆心像点共线, 根据共线四点交比不变可求圆心像点。图像处理求出圆心像点位置和两种特征直径的像和它们的原像, 可求出靶面的位置姿态和转角。仿真测量结果: 测量范围 ±85°; 加标准偏差为 2像素的高斯噪声时测角位移的 RMS误差小于 0.04°。该方法抗噪声能力强; 能修正靶面与转轴不平行导致的测量误差, 使测量设备安装调节简单。可在停机场实时标定飞机方向舵、升降舵等的角位移传感器。

沙蚁 POL-神经元对天空偏振光的感知机理为研究仿生偏振光导航方法提供了仿生基础。针对其信号处理方法中存在的测角歧义性问题, 通过分析 POL-神经元模型的测角原理, 提出了一种基于高阶多项式拟合的航向角处理方法, 并根据航向角随模型参考轴旋转角度的变化规律, 将模型的有效测角范围由 [-45°,45°]线性地增加到 [0°,180°]。最后, 利用四通道偏振光导航传感器对该方法进行了实验验证。理论与实测结果表明, 该方法能有效解决 POL-神经元模型中存在的航向角歧义性问题, 并可显著提高模型的测角范围。

针对运动背景下运动目标分割定位困难的问题, 提出了融合背景补偿与均值漂移的运动背景下目标分割定位算法。该算法首先在运动背景补偿的基础上, 利用帧间差分法得到差分图像。其次, 对差分图像中非零像素点建立多特征描述子, 运用均值漂移算法对其进行聚类。最后, 利用均值聚类得到的非零像素点来对运动目标进行分割定位。实验结果充分表明, 该算法可以比较精确地进行运动背景下移动目标的分割定位。

强地杂波下的弱固定目标检测是机场跑道异物监测雷达需解决的关键问题之一, 传统的恒虚警检测算法在多目标环境下会出现“自屏蔽”效应, 不能有效地检测到目标。本文提出了一种剔除平均杂波图恒虚警检测算法, 在分析系统特性和跑道环境的基础上, 结合调频连续波雷达体制建立了多目标回波信号模型。在剔除若干个样本值后, 由余下的样本值估计背景杂波强度, 对多次连续扫描测量值作递归滤波处理, 获得了平稳的检测门限, 有效地检测到了目标。最后, 进一步讨论了相关参数对检测性能的影响。

为解决短焦距大视场红外经纬仪红外数字图像中因为实际生产过程中光学、机械、装调等因素带入的目标点成像位置误差, 本文中采用了分区处理的思想, 将成像靶面分为多个区, 对每一个区域进行线性最小二乘处理得到所需要的参数, 并将这些参数用于后续的计算, 实验数据表明该方法可以显著提高全视场测角精度。

对桥梁结构进行分析及简化, 提出了基于 OpenFlight模型的通用桥梁建模方法, 将梁式桥、斜拉索桥、拱桥和悬索桥统一为一种通用的模型结构, 并分别针对桥梁箱体结构、主缆、索塔、护栏等典型部件的热特性, 综合考虑各种自然因素, 建立桥梁红外辐射特性计算理论模型, 并以图像的灰度信息模拟红外辐射特性, 开发了通用的桥梁红外辐射特性计算及成像仿真软件系统, 实现了任意时刻、任意地理位置、任意气象条件下不同类型桥梁的红外辐射特性模拟。实验结果表明提出方法与现有桥梁红外成像仿真结果具有一致性, 符合典型桥梁的红外热辐射规律。

月面巡视探测器导航相机获取的立体影像用于恢复月面地形的空间构型, 可以直接服务于巡视器的导航定位工作。影像匹配算法直接关系到地形恢复的精度和可靠性 , 改进动态规划影像匹配方法兼顾行列双向约束机制增强了视差空间的完备性, 并通过动态设立种子点进行分段规划获得整体最优解。实验采用嫦娥二期工程地表试验影像进行论证, 通过三角测量重构得到地面点云数据, 与其他匹配方法的恢复结果和实地激光扫描地形数据进行了比对, 证明了该匹配算法的匹配效率高于传统方法且恢复的点云数据精度可靠, 满足于探月工程中巡视器定位导航的需求。

针对传统中值滤波算法在图像去噪过程中造成较多图像细节信息丢失的问题, 提出了一种基于噪声点多级检测的自适应中值滤波算法。该算法根据像素的空间相关性, 逐级检测不同空间特征的噪声点。首先根据滤波窗口中相近像素点的数量来检测空间孤立的单个噪声点; 然后通过扩展邻近窗口的方式检测空间连续的两个噪声点; 接着进一步增加约束条件对空间连续的三个及以上的噪声点进行检测; 最后对判断为噪声的像素用滤波窗口的中值替换。此外, 该算法还能通过自适应地调整像素空间相关性判别阈值来处理不同分布特征的噪声。实验结果表明, 与现有中值滤波算法相比, 算法在有效滤除图像噪声的同时能更好地保护图像细节信息。

立体图像质量评价是评价立体视频系统性能的有效途径, 而如何对立体图像质量进行有效的客观评价是目前的研究难点。本文提出了一种基于感知重要性的立体图像质量评价方法。该评价方法通过分析视觉显著和失真对感知质量的影响, 建立立体图像视觉感知重要性模型, 将立体图像分为四类区域: 显著失真区域、显著非失真区域、非显著失真区域和非显著非失真区域, 然后对各个区域分别进行评价, 最后通过对各个区域赋予不同的权值从而预测得到最终的客观评价值。实验结果表明, 该方法与主观评价结果有较好的相关性, 符合人眼视觉系统。

在基于灰度相关的图像匹配算法中, 归一化互相关 (NCC)匹配算法是常用的匹配算法, 但算法复杂、匹配时间长是制约其应用的主要原因。本文提出一种基于自适应步长选择的 NCC匹配算法, 根据归一化互相关系数自适应地选择搜索步长, 加快了匹配速度; 改进归一化互相关系数算子, 增加了步长选择阈值的区分度, 提高了自适应选取步长的精确度, 实现了匹配时间和匹配精度的合理分配。实验表明, 该算法在保证匹配精度的同时, 匹配时间缩短为传统 NCC算法的 10%~50%。

通过对机械臂末端角位移和位移直接求导, 给出了末端速度和加速度的解析表示公式, 并由此给出了迭代计算程序。由于迭代计算不需要计算第 n-1个坐标系到第 0个坐标系的变换矩阵, 因此使算法得到了简化, 有利于提高机械臂控制的实时性。

在分度运动控制系统中以 DMC2210控制卡为核心, 采用光栅尺为分度运动反馈器件, 实现了高精度的实时监测反馈。针对工作台“过冲”现象进行了两方面的分析优化: 一方面, 分析了步进电机减速方式对刻划效果的影响, 通过分段减速初步改善了工作台“过冲”现象; 另一方面, 分析并模拟了弹簧 (联接工作台和分度丝杠螺母)刚度对工作台“过冲”问题的影响, 更换大刚度弹簧后, 很大程度改善了工作台“过冲”现象。改进后对光栅刻线密度为 79 g/mm的中阶梯光栅进行了多次刻划试验, 计算的机器分度精度均在 5 nm以内, 选取其中一组较好的数据 (机器分度精度为 2.887 nm)与之前多次刻划试验中较好的一组数据 (机器分度精度为 7.759 nm)进行了比较, 结果表明刻划机分度精度得到很大的提高。