建立了分析精度较高的用于检测棉-涤混纺面料里含棉量的近红外光谱分析模型。选择了50个棉-涤混纺面料作为对象,自行设计采样装置,采集其近红外光谱;然后,经一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay滤波等方法预处理,结合偏最小二乘法,建立了4个棉成分的定量分析模型。结果表明:Savitzky-Golay滤波对定标结果几乎没有影响;经一阶导数预处理后的光谱数据结合偏最小二乘法建立的模型具有较高的分析精度,定标均方差和预测均方差分别达到了0.022和0.018,分析误差控制在±0.05以内,基本满足了纺织领域快速定量检测的精度需求。同时,还分析了近红外光谱技术在该应用领域的研究重点。

由于漫反射板漫反射率值的变化将直接影响空间紫外遥感仪器在轨辐射定标结果,因此,对各种影响因素进行了研究。基于空间紫外辐照环境构建了漫反射板真空紫外辐照特性研究装置,利用该装置对空间紫外遥感仪器Al+MgF₂漫反射板的真空紫外辐照特性进行了研究。实验结果表明,真空紫外辐照加速了漫反射板漫反射率值的衰减,漫反射板在160～300 nm整个波段出现衰减现象;衰减程度随辐照时间的增加不断增大;各波长处的衰减呈线性规律变化,衰减速率随波长的不同而不同。文中对可能引起衰减的原因进行了初步分析。

介绍了一种光谱分布可调光源的设计,该光源由积分球和大量不同颜色的LED组成。在可见波段,这种光源能产生不同光谱曲线,可以模拟很多不同光源的光谱分布。该项设计通过仿真使光源的光谱分布模拟目标光源的光谱分布,并设计了电源控制箱精确地控制每个LED模块。光源的面非均匀性为0.53%,角度特性在±10°以内,最大偏差为0.77%。这种新型光源在光辐射测量中可以作为一种传递标准。

为了获取足够的目标信息,同时避免宽光谱色差和结构的复杂性,本文充分利用太赫兹波的科学价值,建立了谐衍射/折射太赫兹多波段成像系统。针对谐衍射元件独特的色散性质,将谐衍射透镜应用于14～50 μm太赫兹成像系统中,使系统在15.8～16.2 μm,18.5～20 μm,23～25 μm,30.5～33.5 μm和46～50 μm 5个谐振波段内的轴向像差最大为0.75 mm。由于各谐振波段内的放大率是波长的函数,图像重构时将引起像元的配准误差,利用光学二组元法设计的变焦结构成功地解决了这一问题。设计结果表明:系统像高恒定为6.74 mm,变焦结构还具有很好的像差补偿作用;在10 lp/mm时,光学传递函数在5个谐振波段内均达到衍射极限,实现了轻小、便携、易加工的设计要求。

为了研究基于AFM的单晶铜薄膜压痕过程,建立了单晶铜薄膜纳米压痕过程的三维分子动力学模型。采用对势Morse势计算试件原子之间,试件原子和压头原子之间的相互作用。模拟了不同压入深度(0、0.361、0.722、1.083 nm)的压痕过程,分析了压入深度对压头应力、系统势能变化的影响。结果显示,单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形。当压入深度增加时,系统势能变化增大(最大的压入深度对应的系统势能变化为-83 900～-83 400 eV),压头受力变化增大(最大压力深度对应的受力为-0.3～70 nN),体现出强烈的尺寸效应。

通过对传统的十字单元进行改进,设计了一种新型单元的频率选择表面(FSS)。利用模式匹配法,从理论上对比分析了传统十字单元FSS和这种新型单元FSS,研究了TE波入射时角度变化和大角度入射时极化方式变化对中心频率的影响,并采用镀膜和光刻技术制备了新型单元FSS的实验样件。在微波暗室中进行了测试,得到的实验曲线与理论仿真曲线基本一致。结果表明,传统十字单元FSS不能实现中心频率的角度稳定性,TE波0°～45°的中心频率漂移为300 MHz,并且45°入射时中心频率的极化稳定性很差,漂移量为800 MHz;而新型单元FSS具有中心频率的角度稳定性,TE波０°～45°的入射中心频率漂移量仅为100 MHz,同时对大的入射角度具有中心频率的极化稳定性。

离轴照明作为一种重要的分辨率增强技术被广泛地应用于投影光刻系统。使用衍射光学元件(DOE)作为光刻照明系统的光束整形器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制离轴照明光束的形状及光强分布。本文利用基于傅里叶变换的分步迭代方法,优化设计了该类衍射光学元件(DOE)。DOE采用了多台阶位相结构,设计所得8台阶DOE设计结果分别实现了偶极、四极、环形及Bulls-Eye等照明方式,其照明效率都达到了80%以上,与目标光强分布的均方根偏差均＜7％。

介绍了一种大口径变焦距物镜的设计方法。该方法将整体光学系统分为前后两个部分,前端光学系统采用反射式的结构来满足大口径的要求,后端光学系统采用将变焦距物镜倒接的方式,在系统的一次像面处进行组合,通过对后端倒接变焦距物镜的优化设计来保证系统的成像质量。用具体的实例验证说明了该项设计,结果表明这种设计方法是可行的,系统结构简单紧凑,解决了大口径光学系统难以实现连续变焦的问题。

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2 k低温下进行了转子悬浮和旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10 μm,转子转速达到了1 365 r/min。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。

为了实现波导矩阵光开关一对多、多对多的通信方式,设计了一种新型的多路可用波导矩阵光开关。在分析马赫-曾德尔干涉仪(MZI)基本结构的基础上,定义了两种开关形式。以二者作为结构单元,设计了2×2、4×4矩阵光开关结构以实现1∶k(k>1)多路连接的功能。分析了Banyan网络中交叉连接损耗与交叉角度的关系,对MZI结构进行了性能模拟和优化,并由此对整个开关的插入损耗进行了分析。最后,基于PLC技术制作出相应的MZI开关单元及2×2、4×4波导SiO₂光开关实物。测试结果表明,2×2光开关的插入损耗为2.25 dB,4×4光开关的插入损耗为4.3 dB,开关时间均＜1 ms,该类光开关能够很好地实现多路开关的功能。

设计了利用计算全息图(CGH)作为零位补偿器来检测三次位相板的光学系统,最重要的两个理论问题是三次位相在空间传播过程中产生的波像差的具体形式和经过CGH衍射后衍射级次的分离。本文推导了三次位相在传播过程中产生高阶像差的理论公式,并由公式得出高阶项随着传播距离的增大而增大的结论。讨论了检测光波经过CGH衍射后衍射级次分离的理论过程。设计了一个用CGH检测三次位相板的系统作为例证,通过在CGH位相方程中引入高阶项四次项和五次项,使得残余波像差从原来的0.75 λ降至0.007 λ。实验得到的传播过程中的波像差及衍射级次的分离,都与理论推导相吻合。

Vander Luget相关器(VLC)中,由于空间光调制器(SLM)像素的周期性结构,在匹配滤波面上会产生目标图像的多级衍射谱。为了提高VLC输出的相关峰值,在不同级衍射谱处同时加载了匹配滤波器进行匹配滤波。理论分析表明,各级谱输出的相关点在输出面上位置相同,相干叠加的结果会使输出相关峰值提高。实验结果表明,和只对0级谱进行匹配滤波的情况相比,对目标图像的多级衍射谱同时进行匹配滤波可使平均输出相关峰值提高约32%,该方法能有效提高VLC的输出相关峰值。

为准确测量光学玻璃的折射率,提高光学系统成像质量,介绍了现有光学玻璃折射率测试方法和国内外发展现状,提出了一种利用测量棱镜3个顶角所对应的3个最小偏向角的折射率测量新方法。该方法充分利用了互补法或三像法定位的优势,提高了折射率的测量精度,其特点是测量精度随被测光学玻璃的折射率增大而提高。推导出了计算公式,并对精度做了理论分析。结果表明:同传统最小偏向角法相比,测量精度提高2倍以上,可满足高精度测量光学玻璃折射率的要求。

为解决激光二极管阵列侧泵浦激光板条引起的热效应问题,通过对侧泵浦板条温度场与热形变场分布的解析研究以及对激光二极管阵列侧泵浦激光板条工作状态的分析,建立了符合实际情况的热模型,提出了求解Poisson方程的新方法,得到了侧泵浦板条温度场与热形变场的一般解析表达式。以Nd:YAG板条为例,分析了侧泵浦Nd:YAG板条温度场、热形变场的分布情况。并结合全固态激光器的设计需要,定量研究了激光二极管阵列取不同泵浦功率与不同泵浦光斑时Nd:YAG板条的温度场分布情况。计算结果表明:使用输出功率为30 W的激光二极管阵列侧面泵浦Nd:YAG板条,若耦合到板条侧面的高斯光斑半径为150 μm、板条钕离子掺杂质量分数为1.0%时,板条泵浦面具有102.3 ℃的最高温升,泵浦面与通光端面产生1.54 μm和2.66 μm的最大热形变量。激光板条温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题,该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中,为减弱激光系统中的热问题提供理论依据。

介绍了一种离轴三反光学镜头像面畸变的标定方法和步骤,以及标定系统的原理和组成。对三反系统镜头的像面畸变进行了分析,建立了畸变的数学模型,应用最小二乘一元回归的方法,求得镜头的成像像面方向的畸变,并利用高精度单轴转台和长焦距平行光管标定系统完成了离轴三反镜头像面畸变的标定。实际标定结果表明:该方法对像面绝对畸变的标定精度＜2 μm(1σ),相对测量精度＜1×10^-4(1σ),可以满足离轴三反镜头高精度畸变标定要求,具有实际应用价值。

提出了一种基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量扭转角的高精度光学测角方法。为了验证莫尔条纹测量设备间扭转变形精度的有效性,进行了方案设计及实验分析。采用平行光管模拟设备,通过微调机械结构调节平行光管的扭转角来模拟三维物体的扭转变形,在独立的地基平台上进行了方案设计测量实验,并通过实验比较了不同的设计方案。选择的实验方案首先使CCD靶面在平行光管内像面处安装固定,然后采用滤波细化等图像处理方法得到采集到的莫尔条纹的宽度,进而根据条纹宽度变化通过数学模型计算出扭转变形量。实验结果表明,当微调机构使平行光管在±7′的视场内旋转时,该方案可以得到较为清晰的莫尔条纹图像,经过算法处理后,当莫尔条纹宽度为1 615~1 712 μm时,扭转角的测量精度为4.3″(3σ)。该方法满足了设备间扭转角高精度测量的要求,为提高光电测量设备的测量精度奠定了基础。

对子母弹多目标提取算法进行了研究。首先,采用改进的最大类间方差法(OSTU)对数字图像进行二值处理,分别提取目标的形心位置和目标面积的大小,同时对目标区域进行标记,设定面积阈值,根据目标的面积大小,初步判断目标粘连与遮挡;然后,根据粘连目标区域灰度直方图波峰、波谷的变化情况分离目标,求目标灰度平均值,采用Hough变换拟合算法获得目标中轴线;最后,计算目标的倾角。在匹配过程中,采用卡尔曼滤波预测目标匹配搜索区域;在获得目标形心位置、面积大小、灰度平均值、目标倾角后,利用改进的特征函数来完成序列图像子母弹多目标的数据关联,实现子母弹多子弹目标提取。实验结果表明,目标提取的正确率可达90%,所采用的数学模型正确、算法合理,有效地获得了序列图像子母弹多目标参数。

为了得到靶场测量中需要的大视场全景视频图像,建立了多镜头大视场视频图像自动拼接系统,对该系统所采用的图像匹配、标记重叠区、无缝拼接等算法进行了研究。介绍小波变换和小波包原理,分析了根据小波系数进行匹配的小波变换图像匹配算法。然后,分析了比较旋转标记重叠区算法,即先匹配出多个拟重叠区,旋转后再做匹配计算,进而标记出唯一重叠区。最后,分析了基于小波包变换的图像无缝拼接算法,即对图像做小波包变换,按频率融合小波系数,再根据这些系数恢复图像。实验结果表明:本系统将4个 1.1°×0.88°的视场拼接得到一个大约3.3°×1.76°的大视场,拼接图像平滑,无明显裂缝,处理速度可达10 frames/s,基本满足了靶场测量中大视场视频图像的需求。

为满足含有多个成像系统的光电经纬仪跟踪实时性的要求,保证其跟踪的精度与可靠性,设计并研制了符合MIMD架构的计算系统。对经纬仪预测滤波、数据融合问题进行了理论推导,证明该算法需要大量的数值计算。为满足上述计算要求,开发出一套具有双DSP,单FPGA的3个运算单元的专用并行计算系统,分析了每个运算单元实时运算的时间开销。仿真实验表明,在具有3个成像系统的光电经纬仪中,当CCD采样频率为50 Hz时,光电编码器采样频率为800 Hz,该系统可以满足1.25 ms的实时性要求。

分析了光电经纬仪工作方式切换过程中系统发生跃变、超调的原因,并采用了一种初值补偿的方法解决该问题。建立了系统切换过程的数学模型,并从理论上阐述了产生这些问题的原因。针对这些问题,设计了一种基于补偿控制器输出的初值补偿切换算法,并给出了加入初值补偿之后的系统数学模型和响应形式,以及该算法的具体实现。最后,通过仿真实验,验证了该方法能够将脱靶量跃变抑制在0.003°以下,有效地改进了系统的动态过程,并抑制了切换过程中产生的跃变。

高分辨力空间相机的光学系统决定相机的外形尺寸和布局,为了相机的小型化、轻量化和结构稳定,针对某一种光学设计指标要求,分析比较多种光学系统结构是有必要的。本文针对在太阳同步轨道上用TDI CCD 推扫方式成像的高分辨力可见光相机,在设轨道高度为500 km,地面像元分辨力达到 0.5 m的情况下,用CODE V软件分析研究了6种可能的相机光学系统结构,得到了不同相对孔径和不同视场角的光学设计结果,并给出了可供参考的6种光学系统设计数据。指出在实际工程应用时,应根据不同的地面覆盖宽度的需求确定光学系统视场角,然后根据不同的视场角选定能满足这个视场角要求且尺寸最小的光学系统结构形式。

为了研究应用于大口径空间光学遥感器中由碳纤维复合材料(CFRP)制成的精密支撑构件的结构稳定性,设计并研制了连接在主、次镜间的CFRP连接筒。由给定的主、次镜间角度变化量计算出连接筒前端面的最大挠度,根据实际载荷情况建立等效力学模型,计算连接筒轴向弹性模量,结合复合材料层压板理论,确定碳纤维铺层的合理形式。然后,运用ANSYS软件对有限元模型进行分析,计算主、次镜间的角度变化量和支撑结构的模态分布。最后,通过量级逐增的力学试验,采用光学测量方法测量主、次镜间角度变化量,验证CFRP连接筒的结构稳定性。实验结果显示:主、次镜间角度变化量＜10″,CFRP支撑构件一阶基频＞75 Hz。CFRP支撑构件满足主、次镜间角度变化量要求,具有较好的结构稳定性。

为保证空间相机软件系统可靠安全地运行,多采用定量化故障树方法对其进行可靠性分析。由于获取故障知识及确定故障树结构有一定难度,提出了一种基于粗糙集的软件故障树建立方法。针对软件故障原因错综复杂,无法获取大量有效数据的情况,给出一种采用Vague集方法对底事件进行建模,从而计算底事件相对重要度和顶事件发生概率的定量分析方法,根据分析结果指导软件的可靠性设计并确定测试重点。实验结果表明:使用提出的故障树分析方法,有效地指导了设计人员通过容错差错和避错等设计措施提高系统的可靠性,解决了由于软件部件可靠性指标很难精确量化,无法进行定量分析的问题。

为了实现大功率焦平面器件(FPA)的热控制,根据焦面组件的结构特点,通过仿真计算与试验相结合的方法,对大功率焦平面的热控设计进行了研究。介绍了大功率焦平面器件的主要热设计要求,分析了大功率焦平面器件、小散热空间并安装在移动构件上的焦面组件热设计的特点。利用I-DEAS有限元分析软件建立了热分析计算模型,并利用TMG模块进行分析计算。进行了试验验证,并根据试验给出了焦平面器件升温拟合曲线。最后,根据热设计实例提出如何合理地选择大功率焦平面器件的热控制方式。结果表明,50 W大功率焦平面器件连续工作2 min时,在有12 ℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件＜35 ℃,满足焦平面器件设计要求。

为了提高小内阻步进电机驱动系统中功率MOSFET的开关速度,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器来实现步进电机的高频斩波控制。对驱动电路采用的功率MOSFET的栅极电容特性、开关时间等进行了研究,发现栅极电容的充放电过程影响了功率MOSFET的开关速度,提出了提高功率MOSFET开关速度的方法。最后,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器实现了步进电机的高频斩波控制。仿真和试验结果表明:采用ICL7667的驱动电路,可以保证斩波频率为200 kHz时,功率MOSFET的漏极输出仍处于截止和深度饱和的状态,这比采用电阻分压式驱动电路其斩波频率最大为20 kHz提高了10倍,可保证小内阻步进电机在高速斩波信号的控制下正确运行。

通过分析飞行器姿态对像移补偿结果的影响,提出空间相机对飞行器姿态精度的要求以实现高精度的像移补偿。根据调制传递函数对像移匹配特性的要求进行分析,确定了允许的像移匹配误差。然后,用蒙特卡洛法（即统计试验法）对像移速度误差进行分析和计算。最后,确定了满足空间相机像移补偿要求的姿态精度。通过计算得出,满足96级TDI-CCD像移匹配误差要求的飞行器指向精度应优于0.1°,姿态稳定度应优于0.005 °/s。实验结果表明,本文提出的方法简单,易于实现,适用于空间相机像移补偿系统的研究。

对应用于微反射镜制作的叠层光刻胶牺牲层工艺及微反射镜表面残余应力控制进行了研究。讨论了光刻胶牺牲层在电镀时的污染问题,提出了用电镀结束后重新制作光刻胶牺牲层的方法来保证牺牲层表面质量。同时提出蒸发-电镀相结合的工艺,解决了上层光刻胶溶剂穿过中间结构层浸入底层光刻胶的问题,并通过控制蒸发与电镀过程中应力状态不同的两层金属薄膜的厚度解决了微反射镜镜面存在残余应力问题。最后成功释放了620μm×500μm×2μm,悬空高12μm的微反射镜结构。

为消除柔轮加载时的扭曲变形误差,提高传动系统精度,对实柔轮变形量的模拟方法进行了研究。在大速比摩擦传动机构的负载力矩为2 N·m,传动比为200的条件下,分别用弹性力学理论和有限元分析方法对柔轮建模,用AN-SYS软件分析柔轮在不同载荷作用下的变形量,并对柔轮变形量进行实际测量。在微小变形情况下,用0.2″电子水平仪测量了柔轮在不同载荷作用下的角度变形量,给出了一组柔轮理论变形量与实际变形量的对比数据。当加载载荷为0.88 N·m时,理论计算值和实测平均值的差值为1.85″。结果表明,实验结果与弹性力学建模和有限元建模的两种分析结果基本一致。

以美国麻省理工学院(MIT)研制的硅基六晶片微燃烧器为研究对象,采用考虑了基元反应动力学机理燃烧程序的二维计算流体动力学(CFD)数值分析方法,研究了在微尺度燃烧器入口处混合气体流量不变的情况下,改变氢气/空气当量比对微尺度燃烧器燃烧特性的影响。整个模拟计算主要包括混合气体的流动路径、微燃烧器的内部区域以及整个燃烧器的墙壁面;计算过程中考虑了氢气/空气的流体动力学特性、传热学特性和详细的基元反应机理。计算结果显示,当氢气/空气当量比为0.4时,燃烧器发生熄火;当量比为0.5、0.6时,燃烧器内部能维持稳定燃烧;当量比为0.7时,燃烧器的微细通道内出现回燃现象。结果表明,利用二维CFD数值模拟的方法研究微尺度燃烧器燃烧特性是可行的。

为解决玻璃微管道拉制工艺制作的单孔微喷嘴存在容易脆断,微管道长度不易控制,微喷射效率低等问题,提出了一种新的微喷嘴制作工艺。该工艺延续了微喷嘴拉制工艺中非IC工艺和低成本的制作特点,仍以低流阻的圆截面为喷口形状,通过材料流变运动和冷却时收缩率不同,将多根微管道紧密嵌入到塑料管中;通过毛细腐蚀作用,制作出变内径的锥形管,并实现微喷管长度的控制。制作了内径50μm的4孔微喷嘴和10孔微喷嘴,锥管长为750μm,微喷管长2.5mm。使用制作的微喷嘴在微流体数字化驱动平台上进行了水性液体在油相和气相中的微喷射实验,制备了80μm的微滴和微滴阵列。实验表明,该工艺制作的直列微喷嘴可以在微流体数字化驱动下实现较好的数字化微喷射效果。

针对航空**投放装置误投外挂物的问题,运用有限元技术对挂钩和扇形摇臂及扇形轮进行了分析,找出了导致误投外挂物的基本原因;在不改变投放装置结构的情况下,提出了改进方法。运用计算机辅助三维运动分析和干涉检测技术,设计了适应微小空间的机构;采用计算机辅助静力学、动力学和热弹性稳定性工程分析(CAE)技术,从投放时序、能量需求、挡铁的刚度和强度以及热弹性方面对改进机构的结构稳定性进行了研究。计算、实验检测和空中挂飞结果表明,其挡铁动作消耗功率理论值为10 W,实测值为14 W,动作电压实测值为7 V,动作时序理论值为0.003 8 s,远远小于投放装置本身的性能指标;表明改进的机构运动安全可靠,避免了与本体各运动附件之间相互干涉,为工程应用提供了依据。

提出了一种基于图像网络传输技术的船体变形测量系统设计方法,并对该方法进行了理论和实际应用验证。介绍了船体变形测量系统,对分布处理式变形测量系统与集中处理式变形测量系统的特点进行了比对,指出了新型变形测量系统的技术优势。对系统的时间特性进行了分析,论证了该系统在技术上的可行性。该变形测量系统对于16路测量传感器的一次采集处理时间少于15 ms,能够满足船体变形测量系统的数据采集需求。

常规尺寸的不确定度评价方法不适用于大尺寸测量,尤其是特定拟合任务中的不确定度评价。针对大尺寸测量的特殊性,研究了基于蒙特卡罗法的不确定度评价方法。通过随机仿真各项测量误差源,得到测量结果的仿真样本,并用计算机可视化直观表示该样本,形成离散不确定度点云,从而评价大尺寸特定测量对象的不确定度。以激光跟踪仪测量大型圆形截面工件为例,给出测点对称、均匀分布和半径约束等优化测量思想,减小测量不确定度。最后,将该方法应用于激光跟踪仪测量隧道构件的实例中,结果表明,常规圆心拟合不确定度为2.552 5 mm,加入半径约束优化测量方案后,不确定度减小至0.032 6 mm。仿真和实际实验表明,蒙特卡罗评价和离散点云表示法可准确、直观地评价特定大尺寸测量对象的不确定度,制定的最优测量方案可提高测量精度。

对磁性联轴器的国内外研究现状做了评述,建立了实用的优化设计评判指标和数学模型。改进了等效磁荷法,从求解效率和求解精度两方面将其与改进前的等效磁荷法、片电流方法和三维有限元法进行了比较。将正交实验法引入优化过程中,提出了一种实用的磁性联轴器优化设计方案。求解结果表明:等效磁荷法的求解时间和精度较不稳定,改进的等效磁荷法的求解精度比原方法提高了约5%,求解效率提高了约55%。片电流法求解效率极高,但精度较低。三维有限元的求解精度较稳定,误差约为5%,但求解效率较低,求解每组模型需花费约9 min的时间。通过正交实验法,仅需使用9组分析模型即可获得适合的初始参数值,结合标准的最优值搜索技术可方便获得多组最优参数设计值。该方案可满足磁性联轴器优化设计的稳定可靠、精度高、方便实用等要求。

提出了一种高强度的虚拟专用网(VPN)安全通信解决方案。该方案将VPN的安全协议脱离开操作系统,嵌入到网络设备(安全网卡)之中,使得任何程序在使用网络设备时都无法绕开安全协议,从而使系统在完成保密通信的同时具有防止主动攻击的能力。介绍了安全网卡的硬件平台和内部软件结构,讨论了该VPN的多种接入方式。给出了在安全网卡内部基于PPPoE协议的ADSL宽带接入VPN的实现方法,验证表明该方法达到了预期的结果。

针对传统的CCD摄像系统自动调光方法在工程使用中存在的不足,提出了一种新的CCD摄像系统的全自动调光方法。该方法采用外触发电子快门和可变光阑相组合的方式进行调光,外触发电子快门调光为主,可变光阑调光为辅。采用外触发方式实现CCD摄像机的电子快门时间调节,由单片机控制电机调节可变光阑的通光口径,以使像面照度适中。由图像目标区域的均值电平获得反馈控制量,从而实现最佳全自动调光。Matlab仿真结果表明,与传统调光方法相比,新型调光方法拍摄的图像更清晰,对比度更高,目标层次也更加明显,对应的直方图分布更宽广且更均匀,功率谱幅值也更高,达到7.5 dB以上,可满足现代CCD摄像系统的最佳全自动调光要求。

在原非负支撑域递归逆滤波(NAS-RIF)算法基础上,提出了一种基于空间自适应和正则化技术的改进的盲图像复原算法。该算法在原NAS-RIF算法的代价函数中引入两项空间自适应加权项,分别用来确保图像复原的逼真和平滑。自适应加权项可根据观察图像的局部特性和噪声方差求得;加入正则化项,则用于抑制噪声。提出了根据观察图像来估计噪声方差的方法,不需要知道噪声方差的先验条件,采用共轭梯度算法来进行求解。对3幅不同背景和不同信噪比的图像进行了仿真实验。实验结果表明:采用改进算法得到的信噪比增益(ΔSNR)比原算法分别提高了0.207 3 dB,1.023 9 dB和2.862 8 dB,取得了更优的图像复原效果。

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键。本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,然后采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明:应用空间编码的图像拼接新方法可以实现大尺度三维面形的测量,拼接数据相对误差<0.8%。

基于交比不变性原理和一维靶标点共线的特点,提出了一种多视觉传感器全局校准方法。以一个视觉传感器坐标系为基础建立全局坐标系,称该视觉传感器为基础视觉传感器。将一维靶标在基础视觉传感器和待校准视觉传感器前合适位置摆放至少两次,根据拍摄得到的3个或3个以上的靶标点图像坐标,由交比不变性原理,对每个视觉传感器求解不在视场区域的靶标点图像坐标。结合靶标点之间的距离约束,求解待校准视觉传感器到基础视觉传感器的转换矩阵。根据一维靶标特征点共线的特点,通过捆绑调整方式得到转换矩阵的最优解。最后,通过两两视觉传感器校准的方式完成多视觉传感器全局校准。该方法不需外部辅助设备,简单灵活,实用性强,全局校准精度可达0.041 mm。

为了实现微型零件轮廓的高精度测量,根据其成像特点,提出了一种基于离散点的轮廓度评价算法——被测轮廓与理论轮廓离散点间最小距离法。首先,提取出被测轮廓的边缘点信息,然后,依据理论轮廓计算出一系列间距极小的坐标点并建立坐标系,将被测轮廓点与理论轮廓点对应,最后将计算得出的每个被测轮廓点到最近理论轮廓点的距离作为该点的轮廓度误差。实验结果证明,测量精度优于2 pixel,此方法可有效地提高线轮廓度的评价精度和效率。

为了提高光电跟踪度的定位精度,提出了用于初始目标区域估计的宏像素方法。定义了有效像素比r的概念,利用它分析了噪声和非对称性对目标初始定位精度的影响,得到了高精度强抗噪声能力的最大宏像素和确定宏像素目标的限制操作。对目标占4 pixel×4 pixel左右,大小为128 pixel×128 pixel的非对称光斑图像,选择宏像素大小为36 pixel,目标宏像素扩大2 pixel区域。在SNR为5 dB时,r值达到1。动态图像模拟表明,该方法处理速度可达18～20 frame/s。

针对超声图像分辨率较低,尤其是横向分辨率低的特点,采用基于插值和小波图像融合相结合的方法对相控阵超声图像进行了多种方式的对比试验。结果表明:采用区域能量大小判定的设计思想改善超声图像的分辨率是可行的,其中利用小波分解将经过插值放大的待融合图像分解为低频部分和高频部分,然后对低频部分采用平均法,高频部分采用区域能量最大的融合方式,由此,极大地改善了超声图像的分辨率。

为了在普通微机上实现对医学体数据场的实时清晰绘制,给出了一种多种因素融合的光学属性赋值方法,进而提出一种新的医学体绘制算法。将医学体数据场进行分类,对于前景体素集采用LOD(Layer of Detail)技术进行重采样;然后用定义的光学属性赋值方法对采样点赋值,从而将物体距离视点的距离与物体距离光源的距离有效地结合起来。最后,采用基于空间跳跃的加速技术显示背景体素。实验结果表明:对于512×512×482×2 Byte大小的体数据在减少至原来大小2/3的情况下,在普通微机上能够达到2.5 frame/s的清晰绘制。本算法能够实现一般大小体数据场的实时绘制,而且组织器官显示清晰,符合人的视觉特征。

针对传统图像分割方法中初始化和鲁棒性两个问题,研究了基于活动轮廓模型和Contourlet多分辨率分析分割血管内超声斑块图像的新方法。该方法运用Contourlet变换将原图像分解为多分辨率低通分量和多分辨率带通分量方向性子带。对低通分量进行模板匹配,确定血管内腔边界和中-外膜边界的初始轮廓;对带通分量方向性子带进行扩散滤波,抑制噪声的同时尽可能保留有用边缘,并结合边界矢量场使轮廓演化得到最终分割结果,从而提高了分割算法的鲁棒性。对100幅仿真图像和120幅实际图像的分割结果表明,相对于传统活动轮廓模型,该方法分割实际图像的平均距离误差提高了3.04 pixel,面积差异百分比提高了6.30%。表明该方法能自动、精确地提取血管的两条边界。