给出了采用光栅刻划和镀膜技术相结合研制光盘分束光栅的方法。采用光栅刻划机在金属膜上刻制占宽比为0.5的黑白光栅,并由黑白光栅翻制出制作光盘分束光栅的掩模版。通过掩模版对涂覆在K9玻璃基底上的光刻胶实施曝光和显影形成光刻胶矩形浮雕光栅,在理论设计的误差允许范围内,对此浮雕光栅沉积SiO2薄膜,去除残余光刻胶后得到SiO2矩形光栅母版,再经复制工艺制作了环氧树脂光盘分束光栅。测试结果表明,利用光盘分束光栅的纵向和横向加工误差的互补性,可以将光栅辅助光束与读写主光束强度之比的误差控制在±0.03之内。

为了能快速、大面积检测不同基底材料上半透明材料涂层的厚度,研究了主动式红外热成像技术测量涂层厚度的方法。用脉冲可见光热源激励涂层试件表面,红外热像仪实时监控表面脉冲激励前后温度的变化。由于半透明的涂层材料吸收可见光能量不满足面吸收的条件,对其表面进行了喷涂黑漆处理。比较喷漆前后的对数温度时间变化曲线和微分对数温度时间变化曲线,并根据喷漆后的二阶微分曲线的峰值时间来测量涂层厚度。实验结果显示:半透明涂层材料表面处理后满足红外测量要求,厚度范围在0.8~1.7 mm的涂层,测量精度达0.09 mm,表明红外检测方法可以非接触、快速、大面积、定量地进行半透明材料涂层厚度的测量。

为了进一步明确氟化薄膜材料在紫外(UV)-真空紫外(VUV)波段的光学常数,研究了真空紫外领域常用的基底材料和6种大带隙的氟化物薄膜材料的光学特性。分别在熔石英(JGS1)基底和氟化镁单晶基底上用热舟蒸发法以不同的沉积速率和不同的基底温度镀制了3种高折射率材料薄膜LaF3、NdF3、GdF3和3种低折射率材料薄膜MgF2、AlF3、Na3AlF6;在国家同步辐射真空紫外实验站测定了它们120~300 nm的透射光谱曲线,用商用lambda900光谱仪测量了它们190~500 nm的透射光谱曲线,两者相结合标定了透射率的准确值。用包络法和模拟退火相结合研究了它们在120~500 nm的折射率和消光系数,给出了6种氟化物材料的光谱色散曲线。结果显示,3种高折射率薄膜的折射率在157 nm处约为1.77~1.89,而3种低折射率薄膜的折射率在157 nm处约为1.44~1.48;研究表明,选用折射率相差较大的高、低折射率氟化物薄膜,可在膜系设计中组成高低折射率材料对,用于设计各种实用的薄膜器件。

为了研究机械感生长周期光纤光栅(MLPFGs)的特性,利用机械微弯法写制了长周期光纤光栅。采用机械先加工技术制作了周期性压力槽,通过设计机械写制结构,制作了MLPFGs,并实验验证了周期性压力槽的周期、周期数以及外加应力等参数与MLPFGs透射谱的关系。最后,研究了温度对带有涂敷层和无涂敷层单模光纤写制的MLPFGs的影响。实验表明:MLPFGs的最大谐振峰值可达16 dB,插入损耗＜0.5 dB;通过改变压力槽的周期,实现了谐振波长＞14 nm的调谐范围;带有涂敷层和无涂敷层单模光纤写制的MLPFGs谐振波长的温度灵敏度分别为 0.057 nm/℃,0.086 nm/℃,谐振峰值的温度灵敏度分别为 0.230 dB/℃,0.312 dB/℃。该写制结构能较好地控制MLPFGs的透射谱,同时结构简单、易擦除、成本低,在光纤传感领域具有一定的应用价值。

Hα和白光望远镜(HWT)是中国空间太阳望远镜(SST)有效载荷之一,为研究HWT的光学性能受温度环境的影响,在进行地面观测工况下温度场测量和数值模拟的基础上,确定了热光学试验的温度控制工况,建立了一套热真空状态下的光学性能检测系统。该热光学试验系统由被测光学系统、真空系统、温度测量和控制系统以及波前检测系统组成。研究了系统中光楔镜结构、副镜结构、主镜结构、准直镜结构和成像镜结构这5个关键部位在不同温度控制工况下的光学性能。试验结果表明,在副镜结构温度不高(低于40 ℃)的情况下,HWT望远镜在地面观测工况下的光学性能约为λ/8,可以满足λ/6的设计要求。以HWT为研究对象,实施了Hα和白光望远镜的热光学试验过程,实现了对不同温度控制工况下的HWT系统进行光学性能检测,探索的热光学试验思路和方法也适用于其它太阳观测光学望远镜。

为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量。利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不线性相关。然后,利用气溶胶折射率对两个散射角系统敏感性的差异来反演气溶胶折射率。最后,利用该仪器对大气气溶胶谱分布以及折射率进行实际测量。与TSI公司黑炭仪和浊度计测量的吸收系数和散射系数对比表明,双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率和谱分布结果合理,测量误差<20%,可以满足同时测量气溶胶粒子谱分布和折射率的需要。

研究了可作为塑料光纤与石英光纤连接器件的锥形塑料光纤过渡器的制作方法及性能测试。采用重力垂直熔融拉锥法制作锥形塑料光纤过渡器,并研究其在实验室条件下的最佳工艺参数。重复实验发现,当加热电压为6.0 V,加热区中心温度在214 ℃附近,拉伸力为1.40 g左右时,塑料光纤的拉伸过程容易控制,拉伸后的塑料光纤表面具有良好的光学质量。测试显示锥形塑料光纤的透射率随着锥度的增大而减小,表面显微形貌良好,出射模式数明显减少,出射模模场强度集中在低阶模部分,可见光透射谱在400～500 nm的损耗加大。对测试结果的分析表明,采用重力垂直熔融拉锥法可以制备性能优良的锥形塑料光纤过渡器,实验得到的最佳工艺参数可为POF连接器、耦合器的实际生产提供参考。

为了提高太阳模拟器的性能,更准确地测试太阳电池的特性参数,对模拟器的光源辐照利用率、辐照均匀度、辐照度与辐照稳定性的控制进行了研究。选取同轴光学系统结构作为模拟器光学系统,通过改进光学系统的结构排布,增加光积分器等方法,改善光源辐照利用率与辐照均匀度;在分析现役模拟器控制线路的基础上,采用光反馈技术对控制线路进行重新设计,提升系统对辐照度与辐照稳定性的可控性。实验结果表明:新型的太阳模拟器能有效地控制辐照度与辐照稳定性,在直径250 mm范围内,标准光强为1000 W/m2的条件下,辐照均匀度为2.5%,辐照稳定性＜1%,较大地改进了太阳模拟器的性能。

报道了利用声表面波实现水滴二维驱动的实验。在127.8° Y切X向传播的铌酸锂衬底上制作了4个叉指换能器。每个叉指换能器由10对电极构成,其叉指周期为400 μm,宽度为100 μm,孔径为12 mm,整个器件的尺寸为26 mm×26 mm×0.45 mm。由于铌酸锂晶体的各向异性,叉指换能器沿Y、X方向的谐振频率不同,分别为9.3 MHz 和9.6 MHz。基于铜材料相对于铝材料的优点,选用了铜材料并采用剥离工艺制作了电极,得到了优化的工艺参数。最后,用了超长时间超声波辅助方法彻底去除残胶,实现了对水滴的二维驱动,输入功率为9 W,液滴运动的平均速率为5 mm/s。利用ANSYS软件分析了声表面波在铌酸锂衬底内的传播,内部振动的模拟结果与理论分析一致。实验表明,利用声表面波实现液体的二维驱动是可行的,该液体驱动原型可用于片上系统和μ-TAS。

火箭发动机喷管三维运动参数的测试是对其精确控制的前提,其校准装置是保证测试精度的关键。本文提出了一种能够直接模拟火箭喷管实际运动并提供标准的位置和运动参数的校准装置,用于火箭喷管三维运动测试的静态和动态校准。在分析火箭喷管运动的基础上,设计了一种新型校准装置的结构。该装置主要由基座、升降台、摇摆台以及喷管标准件组成;具有三个自由度,分别为绕X轴和Y轴的摆动,以及Z轴方向的直线移动。应用多体系统运动学误差理论推导了几何误差源影响校准装置的指向误差和摆心位置误差的公式,分析了几何误差的来源。通过仿真得出了指向误差和摆心位置误差在喷管摆动范围内的分布,指出为满足校准精度,对指向误差影响较大的垂直度误差应控制在15″之内,对摆心位置误差影响较大的相交度误差应控制在80 μm以内。

为进行飞行姿态仿真研究,基于dSPACE建立了地面飞行姿态半物理仿真模拟系统,运用混杂不变集原理和无源控制器设计方法对有界高阶耦合非线性系统进行鲁棒控制器设计。使用Lagrange法建立了具有控制约束的非线性Euler-Lagrange (EL)动力学模型;利用EL系统内在特性,基于非线性状态依赖动态脉冲系统的不变集原理的有关结果和混杂能量控制方法,设计了输入受限的非线性混杂控制器,并进行了数学仿真。最后,将所设计的混杂控制器应用于地面飞行姿态模拟器中进行了半物理仿真实验,得到的动态响应时间为20 s,稳态精度优于5%,超调量约为25%,在外加扰动作用时仍能实现稳定调节。结果表明,给出的饱和控制算法可靠性较强,对系统参数误差和外干扰具有鲁棒性。

为了解决在轨维护和轨道垃圾清除中非合作目标的识别问题,提出了基于立体视觉的位姿(位置和姿态)测量方法。采用中值滤波器对原始图像进行平滑,去除星空背景干扰和其它噪声;将Canny边沿检测器用于对平滑后的图像进行检测,得到包含边沿信息的二值图像。然后,对该二值图像进行Hough变换,提取待识别对象的直线特征,并计算直线间的交点。最后,对所提取的左、右相机图像的点特征进行3D重构,得到各点在世界坐标系中的坐标,并据此建立目标坐标系,求出其相对于世界坐标系的位置和姿态。仿真结果表明,对于较远距离(>2.5 m),位置测量精度优于40 mm,而近距离内(<2.0 m)优于10 mm,相对姿态精度优于2°,基本满足对非合作目标进行跟踪、接近、绕飞等位姿测量要求。

机械陀螺经纬仪初寻北时间的长短是决定其寻北效率的关键因素。从陀螺仪寻北的原理出发,在智能寻北系统中引入了一种快速寻北新方法——加速度判定法。该方法通过计算光标运动的速度与加速度值,能够在陀螺开始寻北数秒后即测量出真北值,并且能够弥补电子罗盘初寻北精度过低的问题,是全自动寻北策略的重要组成部分。以JT-15陀螺仪为样机的寻北实验表明,将加速度判定法应用于智能寻北系统中,仪器初寻北测量精度优于3′54″,满足了JT-15陀螺仪精寻北的条件要求,保证了全自动寻北的速度和精度,对于机械陀螺的快速及智能化寻北具有现实意义。

为了提高硅片的抛光速率,利用复合磨粒抛光液对硅片进行化学机械抛光。分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯及某种氨基树脂粒子表面的现象。通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子的方法获得了复合磨粒抛光液。对硅片传统化学机械抛光与利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光进行了抛光性能研究,提出了利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光技术的材料去除机理,并分析了抛光工艺参数对抛光速率的影响。实验结果显示,利用单一SiO2磨料抛光液对硅片进行抛光的抛光速率为180 nm/min;利用SiO2磨料与聚苯乙烯粒子或某氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液对硅片进行抛光的抛光速率分别为273 nm/min和324 nm/min。结果表明,利用复合磨粒抛光液对硅片进行抛光提高了抛光速率,并可获得Ra为0.2 nm的光滑表面。

提出了一种新型的基于Stewart平台的超静定并联式六维力传感器结构,并对其进行了动力学理论分析和有限元仿真研究。描述了该传感器相对于经典Stewart平台六维力传感器所具有的结构特点;利用有限元法,采用位移协调和力平衡条件建立了传感器弹性动力学理论模型,依此模型进行数值分析,绘制了固有频率与各结构参数间变化关系曲线;并利用ANSYS软件建立了传感器有限元模型,进行了振动模态分析,得到其固有频率和振型。研究内容为深入开展六维力传感器的弹性动力学分析与综合及动态优化设计奠定了基础。

对材料纳米力学性能测试手段进行了研究,着重分析了纳米压痕技术的原理和方法。结合纳米压痕技术,采用尖端四面体Vickers型单晶金刚石压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕实验测试。实验发现,在载荷为1 000 mN时,晶体硅出现了明显的裂纹和脆性断裂;而在载荷低于80 mN的情况下,晶体硅则表现出延性特性。此外,在不同载荷条件下对晶体硅的硬度进行了实验测试,测试结果发现,不同载荷条件下晶体硅的硬度测量值存在较大的差异,认为导致这种差异的原因在于压痕区域晶体硅所受压力不同,使得晶体硅内部结构发生了改变,较为准确的单晶硅的硬度测量值为15.7 GPa。

对不同杨氏模量对复合材料飞轮的应力、位移分布的影响进行了研究。结合复合材料飞轮转子的结构特点,根据非均质各向异性弹性理论建立计算模型,得到飞轮在工作转速情况下应力和位移计算的解析公式,给出了任一点的径向、环向应力及径向位移。按照所建立的计算模型,讨论了具有不同杨氏模量的复合材料对径向、环向应力和径向位移的影响,仿真分析了复合材料飞轮转子在不同边界条件、几何参数情况下的应力和位移。结果表明:随着角速度从0增大到5 000 rad/s,径向应力、环向应力和径向位移都增大;两种材料径向应力的最大值都出现在飞轮的外缘,最大环向应力都出现在飞轮的内侧;高杨氏模量(Er=100 GPa,Eθ=350 GPa)时的径向和环向应力都要大于低杨氏模量时(Er=20 GPa,Eθ=150 GPa)的情况,而位移则是在低杨氏模量的情况下较大。

由于星敏感器仅仅工作在全天球的识别模式下远不能满足当前飞行器任务的需要,提出了当星敏感器有足够的先验信息情况下,可在星跟踪模式或者预测星像模式下工作,来提高星敏感器的数据更新率,降低由全天球识别带来误匹配的可能性。本文提出了一种新的星跟踪算法来克服飞行器在大角速度飞行情况下传统星跟踪算法处理时间过长等不足;为了消除由于系统噪声带来的误差,还提出了星图滤波和星像滤波的方法。实验结果表明,当飞行器在2.25°/s的角速度下飞行时,星敏感器能在10 pixel×10 pixel的范围内从星图中正确提取星像,星图经去噪后,星敏感器输出精度提高了近5″,从而使星敏器可在飞行器高动态飞行情况下实现高精度、高更新率的姿态输出。文中描述的所有方法已在2007年和2008年进行了地面观星测试,并于2009年即将应用于某些卫星的姿控系统中。

试验研究了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的超精密车削加工性能。使用扫描电镜(SEM)对已加工表面、切屑及其根部、刀具前/后刀面磨损带进行观察,使用表面粗糙度轮廓仪对各种切削条件下的加工表面粗糙度轮廓进行测试分析。结果表明,该材料的加工表面常残留微孔洞、微裂纹、坑洞、划痕、残留物突起及基体材料撕裂等微观缺陷,刀具几何参数、切削速度、进给量、增强颗粒尺寸和材料体积分数是影响表面粗糙度的主要因素。由于切削变形区微裂纹动态形成的作用,超精密切削该材料时一般形成锯齿型切屑。刀具-工件的相对振动、基体撕裂增强颗粒拔出、破碎、压入等是该材料超精密车削表面形成的主要机制。单晶金刚石(SCD)刀具主要发生微磨损、崩刃、剥落和磨粒磨损,聚晶金刚石(PCD)刀具主要发生磨粒磨损和粘结磨损。结论表明SiCp/Al的超精密切削加工性较差,但通过选择合适的工艺参数,体积分数为15%的SiCp/2024Al加工表面粗糙度Ra可达24.7 nm。

采用蒙特卡洛分析法,对由于时钟抖动造成的加速度计定位误差进行了系统的分析。仿真结果表明,在存在时钟抖动的情况下,加速度测量值是渐近服从高斯分布的,这个结果与理论分析相吻合。对积分距离的方差与时钟抖动之间的关系进行了分析,理论及仿真分析结果都表明了噪声的数值双积分的积分误差与时钟抖动的大小成正比。当输入一个幅值为1g,周期为1 s的正弦波加速度信号时,1 s后数值双积分的积分误差与时钟抖动的比例系数为0.261 1。

基于MEMS加工技术的电液动力微泵在微流体冷却系统和解决高热流器件的冷却问题中占有重要地位。电液动力微泵的核心部分是通过MEMS加工工艺制作的由成对的发射极和集电极组成的微电极。在电极对间的强电场作用下,电介质流体中的离子、极子以及微粒同电场相互作用来驱动流体流动。本文系统地讨论了微电极在设计和制作中需要关注的问题:电极材料的选择方针,多种形状的电极设计和两种电极加工工艺—电镀法和剥离法的对比。实验结果表明:贵金属有更好的抗电化腐蚀能力;同普通平行电极结构相比,带有尖锐结构的电极更能提高微泵的性能;相比电镀法,剥离法能更好地提高电极的制作质量。

根据低电压集成电泳芯片柱端非接触高频电导器的结构和非接触高频电导检测的基本原理,设计了非接触电导检测电路。该电路包括AC激励信号发生器、I-V转换器、乘法运算器、低通滤波器和差分放大器。运用较少的元器件和较简单的电路形式实现了检测功能,解决了低电压电泳芯片微弱的非接触电导信号检测困难的问题。通过调节电路参数分别得到了频率为450 kHz和1 MHz,幅值为10 V的正弦信号。在此激励信号下,在集成低电压电泳芯片上对一系列不同浓度的K+溶液进行了非接触电导响应信号的测试。实验结果表明,电路能分辨的离子浓度的下限为10-9;离子浓度为10-9~10-5时,电路响应具有很高的线性度和分辨率。该电路亦可用于其它微弱电导信号检测领域。

微机电系统工艺模拟可在实际加工前预测MEMS器件的实际结构,有利于理解工艺机理,缩短设计周期,减少生产费用。针对目前用于MSMS器件分析的模拟软件尚不能很好地与有限元软件对接的问题,设计了工艺模拟软件与有限元分析软件的接口。通过这个接口,将MEMS工艺模拟所得到的数据经过数据格式的转换导入有限元分析软件(ANSYS)中并建模,使之可以进行诸如机械、热、电等物理参量的分析。在分析了目前关于(曲线)边界轮廓提取的各种方法后,引进了最大圈算法,解决了工艺模拟结果在有限元软件中的模型重构问题,实现了从工艺模拟到有限元分析的无缝对接。提出的接口设计对实现MEMS CAD体系化具有重要的促进作用。

基于磁通门传感器的二次谐波选择法原理,采用0.6 μm,N-well标准模拟CMOS工艺,设计并实现了磁通门传感器专用集成电路接口(ASIC)。这种集成磁通门接口电路能够减小传统分立元件接口电路的体积,降低系统能耗,满足航天、**等领域的微型化、低功耗需求。在分析磁通门传感器结构和特点的基础上,完成了激励电路及检测电路的设计,芯片面积为2.0 mm×2.0 mm,并采用HSPICE对电路各部分功能及其指标进行验证。对与微型磁通门探头集成的电路系统进行了测试,结果表明,当测量范围为±90 μT时,灵敏度可达16.5 mV/μT;在5V电源电压下,其功耗为35 mW。

提出了一种基于塞贝克效应的终端式MEMS微波功率传感器,该传感器的制作工艺与GaAs单片式微波集成电路(MMIC)工艺兼容。利用热电偶检测温度差,生成与微波功率成比例的直流电压,由GaAs/Au热电偶串联构成热堆。传感器将电功率转化为热,再间接测量热堆生成的直流电压。采用微机械加工技术,去除了器件底部的GaAs衬底,从而减小了热损耗和电磁损耗,提高了灵敏度。测试结果表明,在0~20 GHz内,HFSS模拟的S11＜-22 dB;测试输入功率为-20~20 dBm时,频率为0~20 GHz;在20 GHz时,灵敏度高于0.15 mV/mW;在整个频率范围内,回波损耗低于-26 dB。

基于微型飞行器(MAV)尺寸小、载重及能量供给有限,难于获取完整的飞行状态参数,对机载的设备和导航控制系统要求很高等特点,提出了一种应用于翼展680 mm的电动微型飞行器的基于航迹角度和偏航距误差的几何导航控制算法,并利用MEMS传感器设计了飞行控制系统,给出了PID控制率。Matlab仿真试验表明,该系统在3种PID控制率下均可很好地实现导航控制,偏航控制误差低于30 m;空中飞行试验表明,提出的算法有效地实现了电动微型飞行器的导航控制飞行,在2级风情况下,偏航误差低于30 m。

将K-均值聚类方法与分形理论相结合,提出了一种分两个阶段对扩展目标进行分割的方法。在预分割阶段,运用粗糙集理论求取初始聚类中心,在K-均值聚类分割和区域连通的基础上,检测图像边缘并进行边界跟踪,对于获得的目标和背景团块根据扩展目标特性确定目标潜在区域。在进一步分割阶段,给出图像分维数随尺度变化的函数,利用自适应阈值,根据分形理论的尺度不变性进一步抑制预分割结果中的自然背景,并运用形态学开运算消除背景粘连。实验表明该方法能有效并可靠地实现复杂背景下扩展目标的精确分割,分割出的扩展目标轮廓细节保持良好。

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法。按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散。高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位。在星像点噪声为N(0,1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007 pixel,远小于灰度重心法的0.041 pixel和加权灰度重心法的0.026 pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致。仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法。

为提高软件测试的效率和覆盖率,对测试用例的生成方法进行了研究。以等价类划分等测试用例生成方法为基础,提出把接口参数分成环境参数和状态参数,针对这两种不同性质的参数分析测试用例生成的影响,并分别建立测试用例生成算法模型,据此在实际应用中将两者的作用融合起来生成简约测试用例集。在覆盖率相同的条件下,生成的平均测试用例数量是传统生成测试用例方法的15,达到了用更少的测试用例覆盖更多测试需求的目的。

针对现有的图像区域复制篡改检测算法其后处理的鲁棒性较差,且时间复杂度高的问题,提出了一种有效的检测与定位篡改区域算法。该算法通过对图像进行小波分解,将低频图像进行块分解,提取每块的Zernike矩特征,并将特征向量排序;然后,为每个特征向量搜索阈值符合的相似特征向量;最后,利用区域面积阈值去除错误的相似块对,并结合数学形态学定位篡改区域。实验结果表明,该算法不仅能有效地对抗常规的后处理操作,而且只在1/4图像上搜索块空间,提高了运算效率。本方法可用于面向图像内容的真实性鲁棒取证。

为减小莫尔条纹信号不正交时的正切法细分误差,提出了一种可对任意相位滞后误差进行实时补偿的新算法。在分析了相位不正交对细分精度的影响后,通过对信号过零点的准确采样,计算出余弦信号相位滞后的角度值,进而确定了实际的相位计算公式。根据存在相位滞后信号的极性和幅值信息,对完整的短周期信号进行相位分段补偿,并分析了影响算法实现的各个因素。仿真实验表明,本算法可实现对相位滞后误差的实时补偿,有效降低信号相位不正交对细分精度的影响,使细分误差仅为未补偿误差的10%,极大地提高了莫尔条纹信号细分精度和位移检测精度。

基于微透镜阵列多视角成像特点,利用几何光学原理,提出一种对物体进行三维数字成像的重构算法。利用这种算法,对CCD相机捕获到的基元图像阵列进行重构。与传统的利用光学系统对物体进行重构的方法相比,该算法不再受到重构过程中遇到的杂光以及衍射效应等因素的影响,具有实时性好、清晰度高的优点。搭建了基于微透镜阵列的三维数字成像系统实验平台,利用此算法对实验中获得的骰子基元图像阵列进行重构,成功地重构出原始物体的三维立体图像,在理论上和实验上证明了这种重构算法的有效性和可行性,并对实验中影响成像质量的因素进行了分析。

提出了一种新的分布式粒子跟踪算法,该算法主要考虑传感网络能量受限、通信受限等特性,改善了通常的分布式粒子滤波粒子数目大、节点间信息交换多的弊端,能够用较少的节点计算得到对机动目标更好的跟踪结果,实现了改进的分布式粒子滤波(DUPF)。DUPF算法的主要思想是利用Unscented Kalman滤波改进分布式粒子滤波算法形成一个建议分布,用来生成粒子分布,在这个基础上,通过分布式粒子滤波实现目标的在线跟踪。仿真实验表明,和分布式粒子滤波相比,DUPF只需要其25%的粒子数目就能达到同样的跟踪精度,即可用较少的节点和通信消耗,实现高精度的目标跟踪。

针对目标部分被树木遮挡时造成的识别困难,提出了基于成像激光雷达(Ladar)的自动目标识别算法。介绍了采用的数据分类、数据拼接、目标姿态调整和基于高度直方图的目标识别等方法的操作步骤。应用图像处理技术对场景数据进行分类,实现地面、目标和树木的分离;利用图像帧之间内在的相关性,采用“由粗到精”的方法求出数据变换矩阵并进行数据拼接;根据目标位置的法线方向进行目标姿态调整得到目标高度直方图。最后,将采集的目标高度直方图同存储的模型高度直方图进行匹配,识别出目标类型。实验结果表明:目标提取部分占目标总面积的90%以上,对目标的识别率高于99%,基本满足自动目标识别算法的稳定可靠、识别率高、抗干扰能力强等要求。

针对彩色文物图像在WEB共享时面临的版权保护问题,提出了一种改进的应用提升格式小波变换的数字水印算法。采用YCbCr颜色模型以保证视觉系统对亮度和色彩的敏感性;使用Daubechies9/7双正交小波对图像信号进行频域转换后嵌入水印,提高水印的抗攻击能力,同时采用提升格式实现小波变换,提高算法的稳定性;将水印图像的低频和中频信息嵌入到文物图像的中频信息中,并利用频域相邻系数关系动态地改变嵌入位置和数值来实现嵌入过程,提高水印嵌入的健壮性和安全性。实验结果表明,本算法在嵌入水印后,文物图像视觉质量损失较小,其峰值信噪比(PSNR)为51.602 4,高于同类算法;在抗几何攻击和有损压缩攻击等方面,效果比LSB算法和DCT算法有较大程度的提高。此技术可应用于数字博物馆等具有高精度安全要求的领域中。

手指宽度是手形识别的有效特征之一,而选取的测量点个数影响识别的准确率和时间。本文研究了选取手指宽度的个数与识别率、匹配时间的对应关系,以用于根据不同的识别率要求估计不同人手选取的宽度个数。实验论证了在定位准确、每个手指选取的宽度个数不少于3个的条件下,识别率可以达到90％以上。提出了自动识别算法,利用曲率法定位特征点,根据特征点计算手指的绝对宽度,应用绝对宽度之间的相对宽度构成特征向量,计算特征向量之间的欧式距离,实现身份识别。实验获得了手指宽度个数与匹配时间的对应关系以及手指宽度个数与识别率的对应关系曲线。结果表明,每个手指选取6个宽度时,就可以获得区分个体的特征量,识别率达到94.03%。

为解决传统的Boltzmann机方法不仅容易陷入局部最小点,而且收敛速度慢问题,对传统的Boltzmann机进行了改进。将Paik′s算法与Boltzmann机结合,使串行模式推广到并行模式以加快收敛速度;使用亚单位步长增进技术增加计算精度;最后,为折中收敛速度与收敛精度这一对矛盾,采用了自适应步长策略。对算法的改进进行了理论验证、收敛性分析并对残差变化进行了讨论。实验表明,该方法能够收敛到全局最优,复原结果的峰值信噪比比改进的Boltzmann机法获得的峰值信噪比高0.5~0.8 dB,且收敛速度仅为该方法的1/3,证明了本文提出的改进的Paik型Boltzmann机对图像复原是有效的。

动态规划算法是立体匹配中比较流行的一种全局优化方法,然而传统的动态规划立体匹配算法因忽略了核线间像素对视差的影响,产生了比较明显的横向“条纹”效应。为了消除此效应,本文提出了一种采用多级动态规划的立体匹配算法。该算法通过建立初始视差空间,对核线间进行双向的动态规划运算,然后将合并得到的结果用于优化初始视差空间。基于新的视差空间在核线上进行双向的动态规划运算,最后求取使核线上和核线间动态规划合并结果最小的值作为所求视差。利用标准数据库Middlebury平台对提出的算法进行了测试。实验结果表明,该算法与传统的动态规划算法和基于扫描线优化算法相比,横向“条纹”效应有所改善,且总体误匹配率分别降低了28.60%和40.42%,提高了匹配结果的准确性。

对图像进行面向自动目标识别(Auto Target Recognition,ATR)的压缩其关键是快速而准确地检测到目标感兴趣区域ROI(Region-of-interest),并将其与背景区域分别进行不同比特率的压缩。本文将形态Haar小波法与数学形态学方法相结合来实现目标ROI的检测,设计了新的目标ROI检测算子。对采集图像进行二维形态Haar小波分解,结合目标ROI检测要求的特点,仅在尺度信号域内应用设计的目标ROI检测算子,最终完成目标ROI的检测。仿真实验表明,该方法对目标ROI的检测率最高可达到1.000 0,而最低虚警率仅为0.001 2;对含像素级别为102×102的图像,所需运算时间仅为10-1 s。与传统方法相比,本文算法对目标ROI检测效果好,运算简单,节省了运算时间和硬件资源。

为了寻求一种高效可靠的景象匹配算法,使其在复杂背景下具有尺度无关,抗旋转、光照变化和图像轻微畸变的特性,对基于特征线的景象匹配算法进行了研究。受人眼视觉系统(HVS)的启发,利用类似人眼视觉皮层滤波器组的处理方式,提出一种新的基于特征线的景象匹配方法。该方法利用向量描述特征线来完成图像间的匹配,相比特征点的匹配算法具有特征数量少,信息丰富的特点。介绍了利用提出的方法进行特征线的提取、表征与匹配的过程,总结了该匹配方法的效果和特点。实验表明,这种基于特征线的景象匹配算法可以完成复杂背景下图像间的匹配,克服了旋转和尺度缩放,并具有很好的鲁棒性,匹配精度优于1 pixel,满足了自动景象匹配的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

针对RSSI测距误差直接影响无线传感器网络(WSN)目标定位准确度的问题,从目标位置与目标到传感器节点测距矢量的双射关系入手,建立最小二乘支持向量回归机(LSSVR)目标定位的数学模型,提出了一种基于LSSVR的WSN目标定位方法TL-LSSVR。根据虚拟目标坐标和虚拟目标到传感器节点距离矢量构造出训练样本,通过确定学习区域及网格化采样获得训练样本集,采用LSSVR训练得到定位模型,将测量得到的距离矢量输入定位模型实现目标定位。对不同传感器节点数量以及不同节点分布情况下的WSN目标进行了定位实验。结果显示,对于节点随机分布的情况,TL-LSSVR方法的定位误差比最小二乘法减小21.0%~43.1%;对于节点均匀分布的情况,TL-LSSVR方法的定位误差则减小26.5%~48.7%,表明TL-LSSVR方法能有效减小测距误差对定位结果的影响,提高目标定位准确度。

提出了一种基于非高斯双变量模型复数Curvelet变换的图像降噪新方法。采用具有近似移不变性的复数小波变换代替原Curvelet变换中的小波变换,并用改进的Radon变换避免了原Radon变换中一维傅里叶反变换在频域中采样不足的缺陷,从而保证了新的复数Curvelet变换具有抗混叠性能。充分利用信号系数层间相关性强而噪声系数层间相关性弱的特点,采用非高斯双变量对复数Curvelet变换域系数进行建模,并通过Bayesian MAP估计器对信号系数进行估计,从而实现降噪目的。实验结果表明,本文去噪法得到的峰值信噪比(PSNR)分别比传统Curvelet去噪法和Curvelet域HMT去噪法平均提高2.9 dB和1.5 dB,且能避免重构图像中出现“划痕”和“嵌入污点”,在有效去噪的同时,可较好地保护图像边缘和细节。