论述了空间外差光谱技术在大气 CO2超光谱遥感探测中的应用。分析了高精度大气 CO2遥感探测所需的光谱波段、光谱分辨率以及信噪比等重要指标, 以此为设计依据, 开展了大气 CO2空间外差光谱仪核心元器件指标的计算。利用 Y-12飞机进行航空验证实验, 分别采集了农田、工业区、沙滩区域的 CO2吸收光谱数据, 并开展了数据处理, 获取了机载平台下的 CO2精细吸收谱线。初步的反演结果表明空间外差光谱技术能够满足大气 CO2等温室气体的遥感探测灵敏度要求。

针对利用人工光源调制目标表面辐射照度对电视制导进行干扰的可行性进行分析, 本文首先理论分析了人工光照对目标辐射特性的影响; 其次搭建了电视制导半实物仿真试验系统, 并建立了相应的干扰效果评估准则: 边缘评估准则和相关峰值比评估准则; 最后利用电视制导半实物仿真系统对干扰措施进行试验分析, 分别评估调制目标光照对摄像机的自适应过程和自动对焦过程的干扰效能。实验结果表明, 不同的光照调制方式都会对电视制导造成不同程度的干扰。

如何快速准确地检测出复杂背景中的运动物体, 是图像处理中的一个重要问题。昆虫经长期对自然的适应, 能够对视野内的细微运动做出迅速反应, 并将目光锁定在运动物体上。初级运动检测模型模拟了蝇的视觉神经处理系统的功能, 本文基于该初级运动检测模型, 选取一阶无限脉冲响应数字滤波器作为延迟器, 增加了高斯差分单元, 在提取更多目标细节的同时, 去除了信号的随机噪声, 为相关模型的计算提供了更多有用的信息。本文基于 Matlab软件平台, 检测视频中的运动车辆。仿真实验结果表明, 该方法不受复杂背景的干扰, 精确地提取出运动目标。

针对现有在线学习跟踪方法缺乏监督机制的缺点, 提出一种新的跟踪框架。以随机森林在线学习理论构造分类器作为目标检测器, 用 SURF特征点匹配方法作为目标跟踪器, 跟踪过程中用可靠跟踪的结果形成对检测结果的监督机制, 不对低置信度样本或错误样本进行学习, 避免了分类器分类精度的逐渐下降, 同时在跟踪失败时用目标检测器对目标进行重新捕获, 形成跟踪、学习、检测三者有机结合的跟踪框架。对不同视频序列的测试结果表明, 本文算法能有效避免目标出现较大外观变化或被大面积遮挡等复杂情况下的跟踪失败问题。

对航空 CCD相机机械拼接焦面搭接区域内由于 2个 CCD像移量不同导致的像点错位问题进行了分析。首先, 根据航空中心投影成像的几何关系, 给出了正直摄影时地面起伏导致的搭接区相对像移量, 然后, 由共线方程出发, 建立了搭接区相对像移量的数学模型, 分析了载机姿态、地面起伏、 CCD拼接距离等因素对搭接区相对像移量的影响。最后, 根据建立的数学模型及工程应用实例选取了补偿载机姿态变化的稳定平台, 并给出了搭接区相对像移量的数值分析结果。本文建立的搭接区数学模型对采用机械拼接方案的航空相机具有一定的工程和应用意义。

对空间跟踪与监视系统预警探测单元的探测视场、成像像素规模、空间分辨力、光学增益等光学系统性能进行了逆向工程解算; 基于目标与背景的短波红外辐射特性, 对该预警探测单元的工作波段进行了定量分析, 提出了其预警探测单元并非工作在传统预警卫星常用的低大气透过率波段 (2.5~2.9 μm)的新观点。计算结果表明, 在强背景噪声条件下, 预警探测单元采取高大气透过率波段 (2~2.4 μm)的选通滤波措施, 可获得最优探测能力。

为了实现无转动光学系统 (或扫描部件)即可在 360°内一次凝视成像, 且满足紫外波段实时全景环形临边成像探测的要求, 本文提出了一种将全景成像系统应用到大气临边探测的光学系统设计。由于工作于紫外波段的特殊性, 仪器接收到的信号较微弱, 因此信噪比成为衡量紫外环形临边成像仪性能的重要指标。本文首先对紫外环形临边成像仪样机进行信噪比的模拟分析, 推导出信噪比模拟公式, 从理论上计算得出紫外环形成像仪的信噪比, 然后建立相应的试验装置加以验证, 试验结果与理论值基本符合, 证明了该模拟分析方法对于紫外环形临边成像仪的信噪比估测是可行的。

星空中的 CCD图像由于帧转移的固有特性, 当星图中有亮星出现时, 会在亮星所在的行或列产生一条亮线, 称为 Smear效应, 使覆盖区域的图像特性发生改变并对目标检测造成干扰, 必须对其进行消除。本文在对 Smear产生机理的分析上, 提出一种有效去除亮线并保留弱小目标的方法。首先通过局部直方图 Gauss拟合的方法对背景参数进行估计, 利用中值滤波和多阈值的设定保留了弱小目标。最后通过亚采样方法对目标进行增强, 四邻域滤波对图像进行修复, 提高了图像的视觉质量。通过实验验证了该方法的有效性。

针对目前 SIFT算法在特征匹配过程中出现的搜索范围广、处理数据量大、速度慢的问题, 提出一种基于区域分块思想的新型 SIFT匹配法。首先将待匹配图像进行双边二分区域分块处理; 其次采用投票机制方式选取可信匹配子块, 缩小原始匹配区域空间; 随后结合 SIFT算法提取可信匹配子块的特征点, 并进行初步匹配; 最后结合双向 RANSAC算法去除伪匹配点对, 提高匹配的准确率。实验结果表明: 基于区域分块的改进 SIFT算法比标准 SIFT算法具有更强的实时性和鲁棒性, 在实际图像匹配中具有一定的应用价值。

提出了一种新的基于最小曲面距离的点云精简算法, 算法在简化点云数据的同时不损失特征。点云被划分成一系列的三维子网格, 根据子网格, 找到最近 k邻域。散乱点云的 k邻域通过二次参数曲面拟合, 进一步得到相关曲率。依据提出的曲面距离, 对点云进行精简。选择了一些典型的点云, 如冲浪、石头、陶俑、牙齿等数据对算法进行了验证。结果表明, 可以直接和有效地减少点云数据, 同时保持原始模型的几何形状, 对点云精简研究有一定的理论和实践意义。通过实验也证明了该算法的可靠性和准确性。

对高速 X射线线阵探测器的噪声进行了分析, 将探测器噪声分为本底噪声、随机噪声、孤立噪点三种类型。通过实验, 研究了随着探测器扫描速度增加, 噪声的变化情况; 分析了扫描速度越快噪声对探测器探测结果影响越大的原因。提出了一种适用于高速 X射线线阵探测器的滤波方法: 采用差值法滤除本底噪声; 采用卡尔曼滤波器滤除随机噪声; 采用根据噪声特点改进的中值滤波法滤除孤立噪点。实验证明, 该方法既可以有效滤除探测器各类噪声, 又能很好的保持探测器探测图像的细节。

为弥补当前位置跟踪系统控制精度不高和有线数据传输的不便, 设计了一种高精度无线角位置跟随控制系统。采用多量程高精度 L3G4200DH三轴陀螺仪作为角位置传感器, 通过 2.4G NRF24L01无线射频收发芯片实现数据传输, 以 ARM Cortex-M3作为微控制器, 使用模糊 PID全闭环控制算法对伺服电机进行控制, 并且加超前校正和前馈环节, 改善角度输入响应滞后, 从而减小系统的跟随误差。同时采用无线视频模块实时监控伺服电机状态。通过仿真和实验证明, 伺服系统在精度和实时性上有了很大提高, 动态跟随精度达到了 10-3, 具有较好的跟随特性, 同时无线数据传输方式将给远程控制和特殊作业环境带来极大的便捷。

设计了一套基于面阵 CCD技术的药型在线检测仪。在此基础上, 介绍了药型在线检测系统的基本原理。本文从透视误差、光照误差、定位误差三个方面, 通过理论分析和实验研究, 发现了在图像采集过程中误差产生的原因。针对误差产生的原因, 提出了相应的解决方法, 从而大大提高了药型在线检测仪的测量精度。

针对磁瓦表面缺陷检测方法分类准确率低的问题, 提出一种基于 LSSVM技术的瑕疵偏向性分类方法。构造 5个尺度 8个方向 Gabor滤波器组, 提取经过 Gabor变换后生成的 40副子图的均值与方差为磁瓦图像特征。采用耦合模拟退火算法初步寻优, 在所得初步参数的邻域使用网格算法进行精细搜索。为实现对缺陷磁瓦的偏向性预测分类, 改进了虚拟少数类过采样算法。去除原始训练样本中的噪声样本数据, 再在瑕疵边界样本与合格样本之间过采样。实验结果表明, 最小二乘支持向量机分类器模型训练时参数寻优时间明显缩短, 整体分类正确率达到 95.56%, 偏向性分类正确率达到 99.09%, 实现对缺陷磁瓦的偏向性分类。

基于光学消像旋原理, 研究了通过像旋扫描以扩大光学系统视场的途径, 并建立了一个设计模型。该模型是一个三次成像的变焦结构, 采用了别汉棱镜作为一维扫描器件, 为保证不同温度时的成像质量, 使用了主动消热差技术。系统采用了 480×6的线阵长波红外 (7.7~10.3 μm)探测器, F数为 2.6, 线阵长度为 12.29 mm, 通过像旋扫描获得了半径为探测器线阵长度的圆形总视场, 并采用倾斜和偏心探测器的方法实现了冷光阑匹配, 其视场为 4.4o/17.6o, 对应焦距为 320/80 mm。系统除别汉棱镜外采用了九片透镜, 其中 3个非球面。系统在全视场范围内具有接近衍射限的像质。

由于可见近红外光学镜头用于宽波段 (0.4~1.1 μm), 所以各透镜的加工及装校相比较其他适用于窄波段的透镜难度较大, 为了保证整机的成像质量, 必须提高系统加工装校的精度。这种透镜的加工装校精度应以某个透镜的像差权重为依据, 利用每一个透镜的偏心对系统 MTF的影响变化, 对每个透镜进行分析校正, 得出影响的大小, 对每个透镜进行定心校正。