本文根据几何光学原理, 利用光线追迹方法建立的拼接望远镜光学系统的仿真模型, 分析计算了拼接主镜中分块镜曲率半径误差对拼接望远镜光学系统的影响。当主镜为单镜面时候, 其曲率半径误差引起的波像差可以通过调焦进行补偿; 当主镜为分块镜拼接镜时, 由于分块镜曲率半径误差的随机性, 望远镜光学系统无法对波相差进行有效补偿, 对分块镜的曲率半径要求很严格; 当对拼接主镜进行共相后, 相当于补偿掉单个分块镜中由曲率半径误差引起的平移和倾斜误差, 望远镜像质有很大提高并降低了对分块镜曲率半径误差的要求。

文章基于多示例学习的跟踪框架, 引入改进型的分布场特征并融合目标时间维度信息, 提出了一种新的跟踪算法。新的特征能够更为有效地描述目标的空间结构信息, 对于目标模糊、局部遮挡以及细微形变有良好的鲁棒性。加入的目标时间维度信息融合方法, 包含了目标的历史信息, 同时也能响应目标的外观变化, 提高了跟踪器从跟踪异常中恢复的能力。通过对比新算法与其他先进算法在多组测试视频上的跟踪结果, 可以发现本文提出的算法具有更为优异的性能, 能够在各种复杂情况下对目标进行稳定的跟踪。

图像序列中的运动目标在跟踪过程中容易受到复杂环境以及严重遮挡所影响。针对该问题, 提出一种基于全局信息和局部信息的混合粒子滤波算法。新算法在传统粒子滤波的基础上引入了多子块纹理直方图, 它包含了目标的局部空间信息, 使得跟踪算法的鲁棒性有所提高; 根据目标受遮挡的程度自适应调节全局和局部信息对目标定位的贡献, 在一定程度上提高了算法的抗遮挡能力和适应能力, 实验结果表明该算法在目标处于部分遮挡和严重遮挡时能够达到比较理想的跟踪效果。

在卫星上提取图像目标区域是降低传输数据量、提高空间传输链路利用率的重要一环。本文从小波系数相关性的角度, 提出一种针对空间图像压缩算法 (CCSDS-IDC)的目标区域提取方法, 是以图像小波系数 LL3子带为起点, 以四叉树分解为基础的自适应非均匀矩形分割与合并 (ANURSM), 将对应背景区域的小波系数与对应目标区域分离。经试验表明, 算法能够准确、有效地提取出图像目标区域对应的小波系数, 与改进的 CCSDS-IDC相结合能够有效降低传输数据量并提高图像目标区域质量。

针对工业零视觉精密检测中高分辨率镜头固有的小视场问题, 本文提出一种利用特征点之间的三角几何约束关系对特征点的局部领域进行自相关分析的算法, 该方法根据重叠图像间的相关性, 采用改进的图像配准方式实现了小视场高分辨率小模数齿轮图像的快速准确拼接。实验结果表明, 拼接图像与原图像的结构相似度超过0.98; 与现有通过区域配准及特征点配准的图像拼接算法相比, 在拼接性能和运算复杂度之间取得了较好的平衡, 适合在快速、精密的工业零部件视觉检测中的应用。

为实现易拉罐灌装过程中喷码字符实时检测, 提出了一种基于卷积神经网络的实时检测方法。该方法首先对采集的图像进行直方图均衡化和 OSTU处理, 然后对图像进行形态学膨胀操作, 通过连通域面积法提取出喷码字符区域并进行旋转矫正, 再采用投影法将字符区域分割为单个字符, 在离线状态下采用卷积神经网络对字符进行训练, 从而在在线检测时进行识别。实验表明, 该方法检测一帧图像平均时间为 46 ms, 准确率达 98.97%, 实时性和准确性较高, 可以满足工业易拉罐喷码字符在线实时检测要求。

在视觉辅助软管式空中加油系统中, 如何在实时图像序列中将加油锥套从复杂背景环境中快速分离出来, 对锥套进行快速检测与识别, 是一个亟需解决的问题。论文针对加油锥套远距图像目标检测与定位问题, 提出了一种基于形状信息的 Hough-LS两级锥套目标检测与定位方法。文中首先采用快速霍夫梯度法 (FHGM)进行加油锥套预检测, 而后利用中心八向搜索法进行锥套边缘提取, 最后基于最小二乘椭圆拟合实现加油锥套远距图像目标区域精确定位。实验结果表明, 本文可对远距 (7～25 m)时的加油锥套图像快速进行识别处理, 并将锥套目标定位到精确的区域边界。

3D模型的拾取在三维人机交互、交互式图像系统图形拾取方面均有重要应用, 目前普遍的拾取算法均需利用鼠标操作才能实现, 在拾取计算过程中常存在一系列矩阵求逆的问题, 且对 3D模型构造的拾取包围体过于单一, 影响拾取的有效性、便捷性和精确性。本文提出了一种基于空间方位向量与包围体策略结合的 3D模型拾取算法。首先, 用实体交互笔代替鼠标, 在下位机解算交互笔空间姿态信息, 将交互笔空间方位向量实时映射到虚拟场景世界坐标空间并生成一条拾取射线; 其次, 采用形状判定阈值策略, 对 3D模型不同模块的外形特征实时建立针对具体模块的盒状包围体和球状包围体; 最后, 通过拾取射线与具体包围体的相交检测, 判定是否拾取了具体模块。实验中以拾取具体 3D模型为例, 相比于经典射线与单一包围体的拾取方法, 本文所提出的算法对模块的拾取速度提高了 16.98%, 对 3D模型相邻模块边缘的拾取误判率从单一包围体的 71.26%降低到 12.80%, 操作便捷有效。

针对传统的反投影算法中, 假定声速均匀和延时补偿固定往往使得图像在特定的深度聚焦, 在其他深度出现伪影的情况。本文分析了这种假定造成图像质量下降的原因并提出了一种改进的拟合延时补偿 (FDC)重建算法, 该方法利用拟合的延时补偿代替单一的延时补偿, 采用变化的延时补偿进行光声重建。实验对比表明, 相比传统的重建算法, 该算法明显改善了聚焦效果, 能够有效地消除伪影, 提高图像质量。

波前校正器的行程是影响其校正能力的关键因素, 现有固态变形镜的变形行程较小, 还不能完全满足自适应光学系统对光波畸变的校正能力要求。针对该问题, 本文提出并设计一种大行程磁液变形镜系统, 通过 Maxwell线圈和微小电磁驱动线圈产生的磁场来控制磁液变形镜的镜面变形, 可提供高达 100 μm以上的变形行程。本文首先建立了磁液变形镜线性解析模型, 然后采用多物理场有限元仿真软件 COMSOL对通电 Maxwell线圈和微线圈产生的磁场进行仿真分析, 并结合 MATLAB数值仿真软件, 对大行程磁液变形镜的响应特性进行仿真分析, 最后基于制作的磁液变形镜原型样机对仿真结果进行实验验证, 结果验证了镜面线性解析模型的正确性, 在 Maxwell线圈产生的均匀磁场中, 向微电磁线圈输入微小电流即可产生 100 μm以上的大行程镜面变形。

为充分利用红外图像的目标指示信息, 本文提出了一种基于分形特征和导引滤波的可见光与红外图像融合算法。该算法首先采用分形特征对红外图像中的人造目标进行增强, 通过阈值分割得到目标分布图。待融合图像经过一层分解得到近似图像和细节图像, 基于目标分布图利用导引滤波分别得到可见光与红外近似图像与细节图像的融合系数。实验结果表明, 融合后图像充分结合了可见光图像的背景信息与红外图像中的目标信息, 有利于后续的目标识别任务。

针对发生较大角度旋转及平移时图像配准精度不高, 图像配准对局部形变和光照较为敏感的问题, 本文提出了基于直线和 SURF特征的图像分区域配准算法。首先利用 Hough变换实现图像的粗配准; 然后对图像进行分区, 在子区域内利用 SURF算子求取变换模型参数, 完成图像的配准。实验表明该方法可用于红外与可见光图像的配准, 与传统方法相比, 本方法能够在图像存在大角度旋转和平移时实现高精度配准, 且在图像存在局部形变及光照不均时精度较好。

针对现有融合算法在处理红外偏振和光强两种模态图像时无法随着差异特征的不同而变化的问题, 提出了一种双模态红外图像的集值映射融合方法。以多组红外偏振和光强图像为训练样本, 根据底层特征的融合算法的类型分别建立差异特征类集和融合算法类集; 构造各个差异特征对应各融合算法的融合有效度分布; 通过多组图像融合有效度分布的均值聚合, 建立全局图像的差异特征与融合算法的集值映射关系; 提取被融合图像的差异特征, 根据集值映射选择相应算法, 通过各算法的组合得到融合结果。实验表明, 该融合方法可以优化选择融合算法, 将互补性强的差异特征有效融合。

为解决液晶显示存在能效和对比度不高问题, 本文结合主流背光结构和区域调光技术优势, 提出了一种侧入式 LED背光区域调光算法, 包括背光调光、亮度分配和像素补偿三个部分。调光算法将输入图像进行分区, 计算每个分区的图像亮度; 亮度分配算法引入资源分配和运输模型建立图像分区亮度到 LED灯串亮度的映射关系。像素补偿算法使用低通滤波器模拟得到 LED发出的光经导光板、扩散膜后的扩散效果, 据此调整液晶像素亮度。并对该算法进行了大量的仿真实验, 开发了原理性样机。对 30幅典型图像实际测试表明, 平均节能率为 20.57%, 平均结构相似性性能参数为 0.985。本文提出的侧入式区域调光算法既能保持背光结构轻薄, 同时具有较好的节能和显示效果。

针对水体中污染较重且含量较高的可溶态痕量重金属镉 (Cd2+)、铜(Cu2+)、锌(Zn2+)、镍(Ni2+), 提出采用流动注射分光光度法测定海水中痕量可溶性重金属。首先分析了四种重金属离子 Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+在不同波长下的吸光光谱, 然后建立了 4水平 4因素的正交校正集作为多元线性回归数据分析模型, 最后搭建了重金属离子浓度测量装置, 检测了海水中的可溶性 Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+浓度, 检测下限可达 10-9(ppb)。