采用自行研制的口径为600 mm的近红外相移平面干涉仪在斜入射条件下对大口径碳化硅(SiC)平面反射镜进行了绝对测量。首先, 在一个标准的斐索干涉测试结构中测出空腔波面数据; 然后, 将被测平面置于干涉光路中, 使被测件光轴与干涉仪光轴成α角, 测得第二组波面数据。对两组波面数据处理后得到SiC平面反射镜中心垂线方向的绝对面形分布。最后, 测量了630 mm口径SiC反射镜多条垂线方向的绝对面形。结果显示, 中心垂线处的绝对检验PV值为0.061λ, RMS为0.014λ。实验结果表明, 该测量装置可以实现比干涉仪有效口径大的光学平面垂线方向的绝对面形检测, 尤其适用于镀有高反膜的光学表面或者金属表面等面形的绝对测量。

针对三线阵测绘相机光学系统设计的指标要求, 综合考虑空间环境适应性、结构布局等因素, 采用像方远心光路设计了一种兼具匹兹瓦型与对称型优点的新型光学系统结构。该系统在Nyquist频率77 lp/mm时, 正视相机全视场的平均传递函数为0.613, 前、后视相机全视场的平均传递函数为0.578; 正视相机畸变为2×10-5, 前、后视相机畸变为2.4×10-5。运用公差的灵敏度分析和反转灵敏度分析, 计算了系统内各公差参数对光学系统成像质量的影响, 给出合理的公差要求及合适的补偿调整参数。按给定的公差要求, 加工、装调了具有较高成像质量的光学系统。实验检测结果表明, 各相机光学系统传递函数的测试值均在0.451以上, 满足实验室静态传递函数>0.2, 相对畸变<3×10-4的指标要求, 制定的公差合理、可行, 验证了公差分析与研究方法的正确性。

针对目前碘激光用化学能作为泵浦源, 体积大, 易产生有毒物质, 且运行时间短, 影响其应用范围等问题, 本文提出利用碘等离子体产生激光辐射的设想。建立了碘1315 nm受激辐射的等离子体产生模型; 通过对泵浦光功率密度与离化电子数密度、自由电子温度等的理论计算, 确定了本实验条件下的最优实验参数范围; 然后在理论计算的参数范围内, 用Nd∶YAG激光器的二倍频532 nm激光泵浦固体碘产生等离子体, 并采集其荧光发射谱; 最后, 通过拟合碘等离子体光谱扫描结果得到发射谱的中心波长位于1 313 nm, 谱宽为1.182 nm。研究结果显示, 通过激发等离子体的途径实现碘原子受激辐射的构想是可行的。

针对EUV太阳望远镜在地面非工作波段预先检测时出现的杂散光问题, 考虑望远镜长焦距的特点, 建立了基于反射镜转动扫描原理的杂散光测量系统, 测量得到了望远镜的点源透射率(PST)曲线。通过对比PST曲线和分析望远镜结构, 得出杂散光的主要来源为小角度下的一级杂光, 由此设计了主次镜遮光罩, 并利用Tracepro软件建立望远镜的实体模型, 在不同散射表面的双向散射(BRDF)值条件下计算出遮光罩的消杂光效果。对PST实际测量结果表明, 在0~4°, 使用遮光罩使杂散光减少3个数量级, 杂光系数不超过3.65%。在分辨率成像测量中, 杂散光影响得到消除, 系统分辨率接近衍射极限, 满足地面上紫外光波段的测量要求。

研究了真实光线追迹优化光学系统的方法以简化高斯光束整形系统的光学设计。理论分析了高斯光束整形原理, 并选择超洛伦兹函数作为平顶光分布函数; 根据能量守恒原理, 推导了高斯光束整形系统中任意光线在入射面与出射面的坐标变换关系。针对该系统的特点, 使用Zemax编程语言(ZPL)编写计算坐标变换的ZPL宏指令, 并优化设计了高斯光束整形系统。最后, 利用金刚石单点车削法加工该非球面光学系统, 并利用光束分析软件对系统的整形效果进行了测试。测试结果表明, 利用该方法设计的非球面透镜实现了高斯光束的整形变换, 平顶光的均匀度为87.1%。该方法简单实用, 计算量小, 可应用于实际工程设计。

设计并优化了高效且结构紧凑的折射/全反射/反射/折射式(RIXR) LED准直系统, 用于收集大角度范围内的光线获得具有较小发散角的准直光束。首先, 根据非成像光学理论中的边缘光线原理以及多面同步(SMS)设计方法计算系统初始结构的面型; 然后, 利用Zemax光学设计软件对初始结构进行优化设计; 最终得到最佳结构的LED准直系统。优化设计得到的RIXR型准直系统的半口径为20 mm、纵横比为0.25、集光角为200°。LED准直系统经反向光线追迹得到边缘视场(±3.178°)点列图的均方根半径<2.1 μm, 故边缘视场达到了很好的聚焦效果。充分考虑材料的吸收损失和界面的反射损失后, 光能利用率高达83.48%。实验表明, 基于RIXR结构的LED准直系统具有光能利用率高、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。

为了克服传统的变形测量方法的局限性, 实现整体变形和测量范围内各点在任一时刻具体位移的全面测量, 以得到完整的变形数据, 本文采用数字相关散斑法(DSCM)对变形进行了精确测量。首先, 通过与传统变形测量方法进行比较, 归纳出DSCM具有非接触、精度高、操作简单灵活、测量全面等优点。然后, 描述了散斑法的基本理论, 建立了相关的数学模型, 并根据相关理论开发了相应的测量分析软件XJTUDIC。利用该软件结合相应的硬件设备, 对具体的拉伸变形过程进行了测量试验, 并将结果与使用引伸计的传统测量方法进行了比较。得到的结果显示两种测量方法的误差在±0.2%之内, 验证了该方法及相应软件和硬件的可靠性及可行性, 为变形的全面精确测量提供了一种有效的工具。

分析了对称双屏频率选择表面(FSS)结构如何实现Butterworth型FSS和获得 "平顶"和"陡截止"的 "矩形化"滤波特性。结合平面波展开法与互导纳法, 给出了缝隙阵列导纳和缝隙阵列之间的互导纳。以Y孔形单元为例, 数值计算并分析了FSS屏与中间电介质对Butterworth型FSS的影响; 然后在500 mm×500 mm聚酰亚胺基底镀15μm铜膜, 制作出Y孔型FSS并将其粘贴于介质两侧。用自由空间法测试其传输特性, 测试结果与仿真结果基本一致。当中间电介质电厚度为2.15 mm, 单元周期为7.2 mm×6.235 2 mm, 臂长为3.6 mm, 臂宽为0.8 mm时, 双屏FSS的互导纳与单屏FSS导纳的实部相等, 从而得到Butterworth型FSS。当FSS单元周期增加0.6 mm, 3 dB带宽由3.5 GHz缩减为2.1 GHz时, 截止度增加。分析认为, 对称双屏Butterworth型FSS的设计应遵循以下原则, 即在满足谐振尺寸的前提下采用无加载孔径型单元且单元周期小于0.4λ, 其缝隙长宽比应小于5.5, 中间电介质电厚度约为0.1λ。

应用超窄线宽半导体激光器的波长扫描和光谱调制技术, 设计了一种高精度多组分气体实时在线检测系统。系统采用单一超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 设计了新型串联式气室结构减小横向空间、增加光程长, 并通过三角波信号对光源光谱进行调制; 结合时分复用和空分复用技术, 利用超窄线宽激光的特性实现了CO, CO2, CH4多组分气体浓度的同时多点检测。实验结果表明, 对CO, CO2, CH4多组分气体浓度测量的线性相关度为0.99, 最大相对误差<2%; 逐次充入一定体积CH4, CO2, CO气体, 动态响应时间均小于10 s。长时间稳定性实验显示, 多组分气体浓度最大波动<0.02%。该系统精确度高、稳定性好, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体的实时在线监测。

利用折反射全景成像系统的大视场和高噪声屏蔽特性, 研制了一套视场角为360°×(45～90°), 相对孔径为1∶2的“日盲”紫外折反射全景光学系统, 用于紫外目标探测研究。综述了紫外探测技术要素, 确定了紫外折反射全景光学系统设计参数。基于像差理论及紫外光学系统特性, 从参数分配、初始结构求解入手, 采用分裂透镜、加齐明镜等方法设计了光学系统。分析结果表明, “日盲”紫外折反射全景光学系统各视场能量集中度为80%的弥散圆直径均小于20 μm, 低于紫外ICCD像元尺寸的30 μm, 各视场MTF>0.7@17 lp/mm, 满足设计指标要求。实验验证了外折反射全景技术用于电晕探测的可行性, 实验图像成像效果良好。

为提高不锈钢的硬度和耐蚀性能, 利用6 kW横流CO2激光器在1Cr18Ni9Ti表面进行了单道和多道Ni25WC35合金粉末熔覆。X射线能量色散分析(EDAX)和X射线衍射(XRD)分析表明, 熔覆层主要由(Fe, Ni)固溶体和WC原位自生成的W2C组成, 同时含有CrNiFeC, Cu3.8Ni化合物和FeW3C, Ni2Si, Fe3Ni3B等硬质相。光学显微形貌观察显示熔覆层组织均匀、致密, 与基体结合良好。显微硬度测试得出熔覆层硬度为基体的2倍, 最高出现在双道试样第二道熔覆层CZ区中部, 其值达到650 HV。熔覆层在5.0%NaCl饱和溶液中的最高自腐蚀电位为-488.70 mV, 较基体上升了630.9 mV; 最低腐蚀电流密度为0.55 μA·cm-2, 较基体降低了75.11%。综合比较显示单道试样耐腐蚀性能最好。

为修正水平式经纬仪的指向误差, 提出了一种针对视轴指向的统一补偿模型。根据水平式经纬仪的光机结构, 建立了照准坐标系和地平坐标系; 通过两坐标系的几何关系得到目标在地平坐标系下的坐标方程, 并对该方程进行全微分, 得到地平坐标误差与指向误差的关系式。针对设备主要误差源之一(3轴误差)进行5次线性变换, 推导出目标在地平坐标系中关于3轴误差的统一地平坐标误差方程; 结合全微分所得关系式, 求出指向误差关于3轴误差的统一补偿模型, 将该模型与编码器误差模型线性叠加后获得水平式经纬仪指向误差的统一补偿模型。最后, 对全天分布较为均匀的46颗恒星进行观测, 得到了观测误差的实验数据, 利用最小二乘法对该模型进行拟合, 得到模型中各待定系数。实验结果表明, 采用该模型进行修正后, 设备总指向精度由修正前的40.1″提高到3.4″, 满足系统总体提出的精度要求。

为获得高效的合成孔径激光雷达信号, 提出一种通过精密控制谐振腔提高激光线性调频信号有效功率的方法, 并描述了激光器的调频实现。首先, 分析驱动信号获得其傅里叶谱, 获知调腔信号有效功率低的原因在于调腔器件对信号高次谐波响应较差; 通过在谐振腔驱动电路中引入了高次谐波响应模块, 最终有效地减小了信号调频波形下降沿, 提高了合成孔径激光雷达信号的有效功率。对所获得的调频信号性能指标进行了测试, 结果表明, 调频周期为1 ms时, 调频带宽达到了789 MHz, 信号功率中有用功率由72%提高到92%以上。

提出一种用于紫外临边成像光谱仪模数分离成像电路的系统设计方案, 该方案避免了CCD模拟输出信号的板间传输和数字信号对模拟信号的干扰, 使CCD信号处理电路的噪声水平达到了模拟前端数据手册中给出的2 LSB的性能指标。考虑CCD57-10 BI AIMO没有抗溢出结构, 在饱和之前会发生电荷溢出现象, 提出了临界溢出电子数的概念以取代饱和电子数, 并通过增加转移时钟电压以加深势阱深度的方法, 将临界溢出电子数从3.0×104提高到了6.0×104, 保证了探测器可正确探测设计范围内的强光信号。为了实现更短的曝光时间以增加动态范围, 在时序设计中引入了多次电荷倾倒的思想, 在不降低探测器动态范围的前提下, 将最短曝光时间由163 ms降低到了19 ms, 实现了105系统动态范围的设计指标。

针对传统动态光散射法测量纳米颗粒粒径算法复杂、速度慢、成本高等问题, 提出了一种通过改变动态散射光信号时间相干度来测量纳米颗粒粒径的方法, 并对其所采用的算法和测量系统进行研究。首先, 介绍了动态光散射测量法的基本原理, 并引出系统相干度的概念(包括时间相干因子和空间相干因子)。接着, 从光电探测器的统计特性出发, 通过对光子计数方差的分析得到散射光强波动的方差。然后, 建立光强波动的方差与时间相干度的方程, 并由该方程得到动态光散射信号的衰减线宽。最后, 根据Stokes-Einstein公式计算出纳米颗粒的粒径。对粒径为30, 50, 100 nm, 溶液透光率为96%的乳胶球标准颗粒溶液进行了实验, 结果表明: 本文提出的测量法其测量均值误差和重复性误差的平均值分别为1.84%和1.76%, 满足均值误差和重复性误差小于2%的国标要求。

为了在空间光学遥感器大尺寸反射镜柔性支撑结构的试验研究过程中获得柔度特性试验数据, 设计了一种结构紧蹙的单轴柔性铰链试验装置, 采用该装置在材料拉伸试验机上同时实现了端部弯曲和纯弯曲试验功能。该装置利用杠杆原理实现纯弯曲加载, 并采用由刚性辊子组成的约束通道对纯弯曲组件进行约束, 从而降低了摩擦对载荷传递的影响。试验过程的模拟分析表明, “L”型下推杆引起的横向偏载是影响纯弯曲试验的主要因素, 最大横向偏载可控制在4.783 N。试验结果和有限元分析结果及理论计算值取得了很好的一致性。与有限元分析结果相比, 试验结果和理论计算值都稍偏小, 试验值最大偏差为3.87%。该装置为光学反射镜柔性支撑的试验研究提供了有效的解决方案。

为了使大孔径长条形空间反射镜支撑结构同时满足高刚度、高强度和良好的热尺寸稳定性要求, 建立了反射镜支撑系统的模态解析数学模型, 并对该模型所描述的反射镜沿各轴向的平动和转动模态特性进行了研究。根据模态解析解得出3个支撑点确保质量分布相对均匀时, 系统的动-静态刚度最大的结论, 并结合有限元分析技术确定了反射镜的支撑位置。此外, 在支撑结构中设置了柔性环节, 改善了反射镜在各工况下所受的应力环境以确保其光学性能。通过优化柔性铰链最薄处的厚度和圆弧半径两个参数来调节反射镜的面形精度, 使面形精度满足设计要求。分析及试验结果表明: 柔性铰链最薄处厚度为4 mm, 圆弧半径为2 mm时, 反射镜在重力和4℃均匀温升工况下的面形精度RMS值均优于12.3 nm; 组件实际一阶固有频率为146 Hz, 与有限元分析结果的误差小于5%; 柔性支撑结构动态应力响应远小于材料的屈服极限, 完全满足反射镜结构系统的设计要求。

针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的技术瓶颈, 提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器。首先, 介绍了传感器的结构和工作原理, 提出了两种石英晶片组布置方案。然后, 推导了两种布置方案的传感器的数学模型, 并建立了有限元模型, 仿真得到了两种结构传感器输出的电荷灵敏度、维间干扰、固有频率等重要参数, 确定了石英晶片组相对合理的布置方式。最后, 对传感器进行了静态和动态标定。研究结果表明: 传感器结构简单合理、仿真分析方法和数学模型正确, 固有频率>25 kHz, 使用退耦矩阵后传感器的维间干扰<3%, 基本满足传感器的设计指标。

从时域和频域两方面研究了机载立体测绘相机三轴稳定平台中旋转行程较小的滚转轴伺服系统的辨识与设计问题。在时域方面提出了一种基于遗传算法的辨识方法, 讨论了遗传算法的原理与设计; 在频域方面提出了一种根据闭环频率特性测量数据求取系统开环频率特性的方法, 解决了滚转轴伺服系统由于旋转行程狭小而引起的开环频率特性难以直接测量的困难。根据辨识出的传递函数进行校正后, 控制系统满足设计要求。实验结果证明, 与传统方法相比, 本文使用的方法在测量条件较为苛刻, 行程范围较小, 噪声较大时, 辨识结果仍然可以较好地描述系统特性。校正后控制系统的闭环带宽可以达到121 rad/s, 稳定裕度为60°, 满足工程要求。

考虑基于传统的介电常数法动态测量原油含水率时存在多变量交叉敏感性, 检测精度无法满足石油生产实时优化控制的需要, 研究了利用多传感技术对存在交叉耦合的多敏感参量进行测量, 提出了一种基于多维数据驱动的遗传优化小波神经网络逆模型及其辨识方法。该模型克服了传统神经网络初始参数随机选取的盲目性, 具有全局优化和复杂非线性自学习性能, 摒弃了多影响因素之间的交叉敏感性。仿真和实验结果表明了该模型的有效性, 其模型预测值与实验标定值之间的相关系数为0.999 6, 优于BP-NN模型。该方法具有较强的泛化能力和鲁棒性, 有效抑制了温度、矿化度等多参量交叉敏感性及传感器自身非线性对测量精度的影响, 改善了多传感器系统的非线性动态特性和检测精度。

为建立超精密磨齿工艺的科学原理与技术框架, 以研制ISO 1328-1∶1995中1级精度的基准标准齿轮为目标, 研究了超精密齿轮磨齿工艺原理与方法。首先, 依据渐开线齿轮最佳成型原理, 考虑机床关键元部件易精化及结构刚度高的特点, 选择Y7125型大平面砂轮磨齿机为工具机。然后, 从齿坯工艺与基准修复、机床参数的优化调整及科学的磨齿操作等方面对超精密磨齿工艺进行了探讨与研究。最后, 通过磨齿实验研制出了m2和m4一级精度的基准标准齿轮。该项工艺的研究对我国齿轮制造技术与水平的全面提升具有指导作用。

构造了可自动切换工作模式的智能太阳跟踪器以提高其在多种气象条件下的工作性能和运行可靠性。研究了太阳跟踪器的工作模式选择问题, 提出了基于图像信息的工作模式切换方法。提出的太阳跟踪器具有开环和闭环两种工作模式, 由成像单元、转台、步进电机、单片机、上位机等模块构成; 其闭环工作模式采用了视觉伺服控制方法, 开环工作模式则采用了天文跟踪方法; 由天文历法来计算太阳在天空中的位置。系统由成像单元抓取天空图像, 利用图像处理的方法来分析当前的天气条件或外界环境, 最后系统选择并且进入合适的工作模式。太阳跟踪实验中, 系统俯仰角和方位角的太阳平均指向偏差分别为0.186 5°和0.167 9°。太阳跟踪实验表明, 该跟踪器运行稳定可靠, 能在较复杂的气象条件下工作。

运用扫描白光干涉法对30CrMnSiA合金韧窝断口复杂的三维表面微观形貌进行了检测。系统采用Linnik干涉结构, 并通过基于扫描空间余弦傅里叶频域分析的算法重建断口表面三维形貌。实验中扫描行程达120 μm, 纵向检测精度优于5 nm, 余弦傅里叶分析表现出很强的位相提取和噪声抑制能力, 韧窝断口微观形貌的三维重建效果理想。采用小岛法对获得的三维形貌数据进行分形维数测算, 在40%～70%相对切割高度处, 断口表面分形维数为1.630 4～1.643 2, 平均值为1.641 7, 标准差为0.012 0。结果显示, 30CrMnSiA合金韧窝断口微观形貌具有典型的分形特征。实验表明, 扫描白光干涉术是检测断口微观三维形貌的一种有效方法, 具有纵向精度高, 测程范围大, 重构效率高等特点。

提出了微惯性测量单元(MIMU)在高动态、高过载复杂应用条件下的误差整机标定和补偿方法。首先, 建立了高动态, 高过载复杂应用条件下MIMU的误差模型, 该模型包括了结构误差, 传感器安装误差和MEMS惯性传感器在复杂条件对精度影响较大的误差项, 指零位温度漂移、互耦误差、刻度因子非线性和微陀螺加速度效应误差; 根据模型提出了整机标定补偿方法, 该方法可以标定MIMU的63个误差系数, 并且不需要对单个传感器进行标定。然后, 介绍了利用最小二乘法对模型进行误差系数标定的方法和步骤, 并对自研的MIMU进行了标定。最后, 通过飞行实验对MIMU进行了验证。结果表明, 使用该方法使定位精度提高了一个数量级, 基本满足MIMU在高动态、高过载条件下的精度要求。

研究了细长机敏柔性结构的三维形态拟合与重构方法以实现高性能飞行器结构形态主动监测。首先, 介绍B样条曲线拟合基本原理, 分析基于正交曲率信息的空间三维曲线重构算法和实现步骤, 并进行了数值仿真分析; 构建了机敏结构模型和实验环境, 基于Visual C++平台和OpenGL技术开发了可视化软件; 然后, 描述正交分布式光纤光栅传感阵列曲率检测方法, 分析与验证了实验模型结构的三维空间形态拟合与重构实验; 最后, 采用B样条与线性插值两种拟合算法分别对半径为50 cm的标准圆形态进行坐标拟合和对比。实验结果表明, B样条拟合算法具有更好的拟合重构效果, 其拟合坐标标准差是线性插值拟合算法的40%。光纤光栅机敏柔性结构空间形态重构与可视化效果良好, 验证了B样条拟合算法的高精度和低误差特性。

为了实现人脑T2加权MR图像的脑组织和非脑组织的分割, 提出了一种基于三维形变曲面模型和数学形态学算法的MR T2图像脑提取方法。该方法分为两级提取: 第一级提取依据脑解剖学知识, 影像学知识及T2加权MR脑图像的组织在灰度直方图中的分布规律, 应用三维形变曲面模型和区域生长实现脑的初级提取; 第二级提取则根据图像的局部信息, 应用六邻域结构元素对脑初级提取结果进行数学形态学处理, 使脑提取结果更精确。实验结果表明, 使用该方法对人脑T2加权MR数据进行脑提取的准确率能达到94%以上。算法性能评估证明本算法能够比较好地实现T2加权MR图像的脑提取。

为了更好地提高工艺加工平台的精确度, 结合自适应控制与区间二型模糊神经网络理论设计了一个双轴运动控制系统。该系统通过控制两个场向永磁同步电机来定位X-Y双轴运动转子的位置, 从而跟踪预设的蝶形曲线。针对由区间二型模糊神经网络的有限规则产生的不可避免的逼近误差和优化的参数向量等集中不确定性因素, 设计了自适应集中不确定性估计律, 并通过在线鲁棒补偿器处理集中不确定性的值。最后, 通过TMS320C32数字信号处理器运行了本文提出的控制算法。实验结果验证了基于区间二型模糊神经网络设计的双轴运动控制系统的轨迹跟踪精确度较高。与一型模糊神经网络控制系统相比, 区间二型模糊神经网络控制系统具有更好的控制性能, 鲁棒性更强。

由于冷轧带钢表面缺陷图像中存在过渡区, 在图像分割过程中既要利用灰度信息也要利用空间结构信息才能取得好的分割效果。因此, 本文研究了信息熵中的超熵以及模糊集理论, 根据超熵可以用来测度图像的空间结构, 模糊集可以描述出图像灰度过渡区的特性, 提出了一种基于超熵和模糊集理论的图像分割算法。结合超熵和模糊集理论构建出模糊超熵, 通过计算图像的最大模糊超熵所对应的最优隶属度函数参数组合确定了分割阈值, 并利用该阈值完成图像分割。将该算法与Ostu以及一维最大模糊熵分割算法相比较, 结果显示, 本文算法能够准确地从背景中提取缺陷, 有效地抑制了过分割现象。利用提出的误分割率和有效信息率对分割后的图像进行定量评价, 结果表明, 用本文算法分割后的图像有效信息率在3种方法中最高, 均在82.7%以上, 同时误分割率均低于2.1%。

针对有雾天气下无人机航拍视觉系统的能见度低, 航拍图像对比度和色彩保真度差等问题, 基于暗原色先验规律以及雾图的物理模型提出了一种雾天降质图像去雾处理技术。从图像复原和增强两个角度出发, 分别建立了户外图像全局去雾和对比度自适应调整的最优化模型, 从而能够直接复原得到高质量的去除雾干扰的图像并且估算出雾的浓度。对一系列户外带雾图像的分组实验表明, 该方法可以快速有效地提高带雾图像的对比度和色彩清晰度, 获得满意的视觉效果。另外, 该方法克服了 Kaiming He方法处理时间过长的缺陷, 平均处理时间仅为原方法的10%左右, 显著缩短了运算时间, 为在工程项目中实现图像的实时去雾处理提供了理论依据。

改进了传统的尺度不变特征变换(SIFT)算法, 使其在进行图像匹配的同时, 可以求取出物体的旋转角度。首先, 利用SIFT特征对旋转保持不变的特性, 按照原算法提取出旋转前后两幅图像的SIFT特征, 分析特征点主方向的计算过程, 记录每个特征点主方向的角度值进行特征匹配。然后, 计算出每对匹配的SIFT特征点的主方向角度之差, 得到特征点的旋转角度; 采用迭代自组织聚类的方法分析得到的特征点旋转角度数据, 依据类内方差和类内样本数目, 选取正确的样本类。最后, 选用该样本类的均值作为物体的最终旋转角度。实验结果表明, 该方法在图像畸变不大时的误差在3°以内, 即使在部分遮挡的情况下, 也能较好地计算出旋转角度。在时间复杂度增加不大的情况下, 使SIFT算法具有了计算旋转角度的功能, 拓宽了应用方向。

为降低星载嵌入式软件测试风险, 提高软件的研制效率, 给出了一种星载嵌入式软件测试策划方法, 并利用该方法策划了基于蝴蝶模型的星载相机嵌入式软件的测试。首先, 介绍了蝴蝶模型, 针对星载嵌入式软件的特点, 在蝴蝶模型测试过程的思想基础上, 给出基于星载嵌入式软件的测试策划方法, 并分析了方法的优点; 然后, 以某星载相机嵌入式软件为例, 应用该方法对软件研制的整个过程进行了测试策划; 最后, 对测试结果进行了分析。实验结果表明, 采用该方法进行星载嵌入式软件测试策划, 能够发现和避免约80%的需求错误和缺陷、60%的设计错误和缺陷, 从而降低软件测试风险, 缩短软件研制的周期, 提高星载嵌入式软件的可靠性。

针对目前效率最高的斑点检测算法—Fast Hessian算法的运行速度还无法满足目标识别与跟踪等对图像实时性要求较高的技术应用的问题, 提出了加速的Fast Hessian多尺度斑点特征检测算法来进一步提升Fast Hessian的运行速度。该算法从减少算法过程中滤波运算量的角度入手, 有选择地计算每个Octave首末两个尺度层中的采样点值; 与原算法在这两层中求取所有采样点值的方法进行比较, 提出的算法明显降低了滤波运算量, 从而缩短了斑点检测过程的耗时。实验结果表明, 加速的Fast Hessian算法在斑点检测结果上与原算法一致, 而运行速度比原算法提升了近40%, 因此更加适合实时应用。

讨论了软件测试中常用的两因素组合覆盖测试方法。针对该方法求解困难, 并考虑系统中各种因素以及因素间的制约关系对解空间树法生成测试数据产生的影响, 提出了采用基于智能规划的解空间树法来生成测试数据。该方法将所有的可用测试数据生成为一棵解空间树, 通过搜索找到一条从根节点到叶节点的路径即一条测试数据。实验结果表明, 该方法可以更好地生成覆盖面大且规模较小的测试用例集, 实现对测试参数的两因素组合覆盖, 从而解决了传统解空间树法由于不考虑参数间的制约关系而无法求得最简测试数据集或得到的数据集不完全的问题。将该数据生成方法应用于空间相机软件测试中提高了生成有效测试用例的效率和准确度, 对测试起到了很好的指导作用。

根据反射型立体视觉系统的成像特点, 提出了一种基于倒谱分析的反射型立体视觉系统视差估计方法, 并利用逆滤波原理对反射型立体视觉系统的重影图像进行复原, 获得目标场景的清晰图像。反射型立体视觉系统是一种新型单目测距方式, 可以实时获取目标场景的重影图像。首先, 将图像分割为矩形观测区域小块; 然后, 对各观测区域块进行倒谱分析, 并通过检测倒谱域峰值位置估计图像的重影位移量(即视差), 计算目标点的三维空间距离; 最后, 利用估计的视差构造逆滤波器, 对重影图像进行逆滤波复原, 获取场景清晰图像。通过真实场景实验验证了本文方法的正确性和有效性, 结果表明, 本文方法的视差估计结果比自相关法提高了15%～20%, 实现了稳定视差估计, 复原了场景的清晰图像。