连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器, 该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液, 利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积, 并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度, 利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面, 为了便于收集, 利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释, 稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3~50 mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖, 实验选取了1~50 mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量, 根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型, 结果表明该酶比色检测方法在1~50 mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度, 测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制, 为糖尿病的诊断提供依据, 在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。

为了实现低频段水下发生目标频率的准确识别, 搭建了一套激光干涉测量系统。在相位生成载波解调技术的基础上, 提出了一种改进的基于相位生成载波反正切算法的解调方式。在光学暗室下利用分立光学元件搭建了一套干涉实验系统, 在参考光路引入水面波动作为高频载波, 利用水表面漫反射的主反光与参考光干涉获得干涉信号。以相位生成载波解调技术的反正切算法为基础, 引入高频载波信号的一倍和二倍正弦混频。通过功率比较的算法在两组正交信号当中筛选功率较强的一组进行解调, 避免了载波初相位导致的正交信号消隐引起的解调失真。最后, 在模拟的低频大幅度海浪扰动情况下进行了探测实验, 取得了良好的解调效果。实验结果表明: 水下声源的低频探测下限约为30 Hz; 100 Hz 以上频段的频率探测精度优于1 Hz。改进的反正切解调算法能够避免解调失真, 具有很强的抗干扰能力。

空间滤波测速法具有结构简单、稳定性好和适用性强等优点, 但传统线阵CCD空间滤波测速法要求CCD阵列方向与待测物体的运动方向一致, 因此不适合测量复杂的流场。针对这一问题, 本文提出了基于面阵CCD相机的空间滤波测速方法。对采集到测量区域的一系列面阵CCD输出图像进行处理, 在图像水平方向和垂直方向分别进行隔行采样, 模拟多狭缝空间滤波特性, 实现了对障碍流颗粒速度的光学非接触式测量。针对复杂流场功率谱密度的特点, 利用能量重心校正频谱提高了系统测量精度。通过调节传送带速度对本系统进行标定, 实现了不同速度下的流速测量, 平均误差小于4%。利用本系统还测量了由玻璃砂模拟的泥石流速度场分布, 最后讨论了空间周期和测量时间对测量结果的影响。结果表明, 采样时间大于0.5 s时, 测量结果趋于稳定, 空间分辨率最小可达1.28 mm。

采用635 nm波长半导体可见光激光和10.5 μm波长半导体红外激光作为干涉光源, 设计了635 nm和10.5 μm 双波段共光路透射式红外干涉仪, 实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路, 且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统, 并采用635 nm测试光分段驻点标定10.5 μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ, RMS优于0.02λ, 系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400 mm×400 mm, 离轴量为800 mm的离轴非球面, 得到边缘最大偏差值为21.9 μm, 能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。

为了实现拼接镜平移误差的大量程、快速检测, 提出了一种利用白光(400~700 nm)远场光斑相干性来检测拼接镜piston误差的方法。该方法以两半圆孔间的非相干衍射图案为模板, 利用互相关算法求解实际衍射图案与模板图案间的互相关系数, 通过设定0.85阈值, 实现拼接镜piston误差的粗共相检测。搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm, 曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成, 利用白光(400~700 nm)远场光斑相干性测量拼接主镜各子镜间平移误差的方法进行了理论与仿真分析。利用波前探测器和主动光学技术实现了拼接镜精共焦误差的检测与调节, 通过远场光斑相干性和主动光学技术实现了粗共相的检测和调节。实验表明: 该方法耗时短、能量利用率高, 可实现无限量程、±250 nm精度的检测和调节, 适合拼接镜的粗共相检测和调节。

为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化, 提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同, 标准球面具有旋转对称性质, 以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理, 采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑, 整形效果良好, 并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求, 通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描, 在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10 mm×11 mm)。结果表明, 该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求, 是一种可行、有效的方案。

针对激光聚变装置冲击波速度被动测量的需求, 设计了一种测速光学系统。采用高紫外透过率的氟化玻璃, 实现了透射式300~800 nm复消色差设计。系统光路具有前后两组镜头, 中间为平行光, 镜头间距可变, 光路适应能力强。系统前端两侧的双目机器视觉能够完成自动寻的。平行光路中设置5个激光器, 轴上的1个前向照明靶点用来观察条纹相机狭缝处的目标像质, 轴外的4个与光轴平行后向传输用来标识系统光轴的位置, 激光器部件可电动切入/切出。系统前组镜头F/#数为4, 宽谱工作物方分辨率优于10 μm, 532 nm单波长工作物方分辨优于5 μm。该光学系统光路排布灵活, 可单独被动测速, 也可与主动测速系统VISAR耦合构成主被一体复合测速系统, 满足激光聚变装置冲击波测速的需求。

在光空间调制系统中采用最大似然检测算法可以获得最优的误码性能, 但算法的译码复杂度限制了其实际应用。本文依据光空间调制激光器映射向量, 并结合脉冲位置调制方式下的脉冲向量构建了具有稀疏特性的发送信号。基于该稀疏特性, 采用正交匹配追踪算法提出了一种基于压缩感知理论的光空间调制信号检测方法。仿真结果表明: 该方法以少量误码性能损失为代价极大地降低了信号检测的复杂度。当激光器数目为64时, 相比于最大似然检测算法, 本文所提方法的复杂度降低了99.54%。同时, 由于稀疏性的引入, 该方法更适合于具有大规模激光器的无线光通信系统。

为满足机载摆扫式光谱仪在25 Hz扫描频率下工作的要求, 设计了具有三面反射镜的摆镜结构。首先, 计算镜面反射区域面积与旋转轴偏离量的关系, 通过比较摆镜布置不同数目反射镜时的性能, 设计了围绕旋转轴布置三面反射镜的摆镜结构形式, 通过600 r/min的转速即可完成每分钟1 800次的高频摆扫; 同时采用匀速摆扫的运动方式, 降低了摆镜的控制难度, 提高了系统的稳定性。然后, 采用拓扑优化、集成优化等方法对摆镜结构进行了优化, 摆镜最终质量为5.28 kg, 轻量化率达到58%。最后, 通过有限元仿真计算得到: 摆镜在机载平台600 r/min转速离心力与1 g重力的作用下, 面型精度RMS值优于λ/20, 基频达到1 199 Hz, 具有较高的力学稳定性, 满足机载摆扫式光谱仪的高扫描频率要求。

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响, 提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型, 依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式, 并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟, 确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后, 采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性, 将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4％, 最大补偿率达到88.4％, 实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测, 同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。

真空靶室组件的结构稳定性对惯性约束聚变(ICF)装置的束靶耦合精度有重要影响, 本文对真空靶室组件的结构稳定性进行优化设计。首先研究真空靶室组件的动态特性, 求解其固有频率和振型; 其次, 分析支墩不同结构参数对真空靶室组件前三阶固有频率的影响, 并由此建立结构参数影响固有频率的数学模型; 最后, 进行真空靶室组件的结构稳定性设计优化, 求解真空靶室组件的最优结构。结果表明, 优化后真空靶室组件的一阶固有频率为14.44 Hz, 满足ICF装置的设计要求。

针对传统的蒙特卡洛法求解机器人工作空间时精确度不够的问题, 提出了一种改进的蒙特卡洛法。用传统的蒙特卡洛法生成一个种子工作空间, 基于标准差动态可调的正态分布对种子工作空间进行扩展。在扩展过程中设定一个精度阈值, 确保得到的工作空间中每个位置都能被准确的描述。基于得到的工作空间, 提出了一种体元化算法求取工作空间的体积, 寻找到工作空间的边界部分和非边界部分, 通过对边界部分的不断细化, 降低了体积求取误差。为了验证算法的有效性和实用性, 以九自由度的超冗余串联机械臂为例, 对本文改进的蒙特卡洛法和提出的体积求取算法进行仿真分析。结果表明: 采样点数量相同时, 改进的蒙特卡洛法生成的工作空间边界光滑, “噪声小”; 得到精确的工作空间时改进方法需要的采样点数仅是传统方法的4.67%; 体积求取算法效率较高, 相对误差小于1%; 求得的工作空间体积可用于评估机械臂性能, 为后续机械臂构型优化奠定了理论基础。

动压气浮陀螺马达轴承间隙尺寸是决定其运转性能的重要指标。为提高轴承间隙测量的精度和自动化程度, 并实现快速批量测量, 研制了一台动压气浮陀螺马达轴承间隙自动测量设备。采用外部加力方式, 使转子体与定子产生相对位移, 从而将内部气膜间隙转化为外部微位移。设备整体结构采用模块化设计理念, 包括夹持模块、自动施力模块和位移测量模块。夹持摸块实现被测动压马达定子在两轴端的固定, 采用柔性支撑方式有利于保护被测件和保证施加力的平顺性; 自动施力模块主要由三维精密位移平台集成三轴测力传感器构成, 测量时转子体与力传感器通过夹指连接, 位移平台使转子体与定子产生相对位移, 三轴测力传感器则实现施加力的精确控制和定子的调中心控制; 测量模块由二维精密位移平台集成双电感测头构成, 基于相对测量原理实现微小位移测量。实验表明: 设备测量精度在0.3 μm以内。该设备可以实现外力的可控连续加载, 适用于批量测量。

为解决工程陶瓷在激光加工中的表面质量问题提出了溶液辅助激光加工方法, 首先在综合国内外有关研究的基础上, 分析了激光穿越水层的能量传输、激光作用水下固体物质的热传导和静水及水射流辅助激光加工的作用机理; 搭建了旁轴射流与超声振动辅助激光复合加工系统, 开展了不同加工条件下氮化硅陶瓷刻槽对比试验。借助扫描电子显微镜检测分析激光刻蚀槽体形貌, 运用激光共聚焦显微镜观测了槽体截面轮廓。研究表明, 水射流辅助激光加工氮化硅陶瓷, 因激光穿越水层、水的对流冷却等作用减少了激光烧蚀材料的有效能量, 刻蚀深度有所降低; 同时由于水层的存在改变了加工区域能量分布, 使得槽口变宽。当激光电流200 A、频率50 Hz、脉宽0.6 ms时刻槽深度相对减小30％, 宽度增大21%。水与氮化硅在激光作用下的会发生水解等效应, 且水蒸汽、材料蒸汽、熔融粒子、气泡等沿水流动方向被带走, 有利于表面质量的提高, 综合效果良好。

针对孔隙率接近0的小孔隙率碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composite, CFRP)的富树脂检测需求, 提出富树脂超声检测技术。对超声检测信号中的噪声消除方法、衰减抑制方法和富树脂检测的多视图成像技术进行研究, 并开发小孔隙率CFRP富树脂超声检测软件。首先提出共振频率估计方法, 通过低通滤波抑制高频随机噪声。其次根据频率差异, 应用变分模态分解算法分离并消除共振结构噪声, 提取低频成分。该低频成分包括表面回波、底面回波、富树脂反射信号和由层间反射信号、材料散射噪声等构成的相干噪声。再次, 引入瞬时幅值比修正低频成分的幅值衰减并描述被检测小孔隙率CFRP的局部反射能力。最后, 应用Otsu多阈值方法自适应获得富树脂识别的阈值, 消除相干噪声的影响, 完成富树脂识别。进一步对小孔隙率CFRP的超声检测结果进行多视图成像, 在三维视图、C扫描视图和B扫描视图内识别富树脂。结果表明: 变分模态分解的分量数为2, Otsu多阈值的类别数为3时, 能够准确识别小孔隙率CFRP超声检测信号中的富树脂反射信号; 采用0.15作为多视图成像的阈值, 可简洁有效地描述富树脂在小孔隙率CFRP中的分布。

为提高空间天文望远镜稳像系统中压电快摆镜(Fast Steering Mirror, FSM)的动态性能, 对压电执行器(Piezoelectric Actuator, PZT)动态迟滞补偿和控制进行研究。鉴于基于广义Play算子Prandtl-Ishlinskii(PI) 模型的求逆复杂性和迟滞曲线的非对称性, 构造一种基于广义Stop算子PI逆模型来补偿压电执行器迟滞非线性。采用Hammerstein模型对压电执行器动态迟滞特性进行建模, 以广义PI模型和自回归遍历模型(Auto-regressive Exogenous Model, ARX)分别表征Hammerstein迟滞模型中的静态非线性和率相关性, 并针对迟滞率相关模型不确定性问题, 提出一种前馈补偿和线性二次型Gauss最优控制算法(Linear Quadratic Gaussian, LQG)相结合的复合控制策略。利用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution algorithm, ADE)辨识和整定模型及控制器参数。实验结果表明: 该动态迟滞模型能够有效描述1~100 Hz频率范围内压电执行器迟滞曲线, 拟合均方根误差为0.077 1 μm(@1 Hz)~0512 3 μm(@100 Hz), 相对误差为0.31%(@1 Hz)~2.09%(@100 Hz); 实时跟踪幅值为24.5 μm的变频目标位移, LQG控制算法的跟踪精度相比于直接前馈控制和PID控制分别提高48.6%和27.02%。

轻小型多旋翼无人机云台是一种复杂机电伺服系统, 要求兼具轻质量与快响应等机电特性。本文针对传统方法在机电伺服系统中设计的不足, 以轻小型多旋翼无人机云台为研究对象, 提出一种针对系统带宽的机电多目标优化设计方法。方法中, 系统结构部分通过灵敏度分析得到7个尺寸设计参数, 并以一阶模态和质量为目标进行优化; 系统控制部分以速率环和位置环控制器参数为设计变量, 并以上升时间、调节时间和绝对积分误差(Integral Absolute Error, IAE)为目标进行优化。在优化设计中, 将近似模型与多目标遗传算法相结合, 以降低优化复杂度、并提高优化效率及全局寻优能力。对方法进行仿真分析, 结果表明: 相比初始结构系统和控制系统模型, 采用机电多目标优化设计方法后, 结构部分质量降低了8.8%, 控制部分IAE型积分误差、调节时间及上升时间等主要性能参数分别降低了54.8%、81.9%和53.4%。最后采用锤击法对云台结构进行模态实验, 实验得到的一阶模态频率与优化结果的误差为13.4%。说明提出方法可有效实现云台系统机电总体多目标优化。

伴随空间光学载荷口径增大, “天地力学环境不一致”导致光学系统在轨像质严重下降, 需要地面装调测试过程卸载重力。但定量的卸载点布局分析、优化方法有待完善。首先研究了大口径光学载荷1 g重力下变形机理, 分别基于位置闭环和受力闭环, 建立优化卸载点布局的数学模型, 并通过协同仿真获得卸载点布局优化结果。利用仿真卸载实验验证不同卸载参数下, 光学载荷的实际卸载效果。基于位置闭环的卸载方法将高敏感光学组件的位恣平均变化量由370 μm、36″改善至72.9 μm、0.3″, 而基于受力闭环卸载方法的最大相对偏差约为7.4%。基于位置闭环的卸载分析方法可获得更接近0 g的卸载效果, 但误差敏度极高, 不易工程实现。基于受力闭环的卸载方法总卸载率约75%, 对卸载残差的敏感度相对较低, 可满足半物理仿真实验对力学环境的模拟需求。

针对模板匹配过程中强遮挡、剧烈背景变化及物体非刚性形变等难题, 本文提出了一种基于多尺度显著性区域提取的模板匹配算法。算法采用多尺度-显著性特征并行提取的方式: 一方面利用空间金字塔模型将参考图像中的模板和待匹配图像中的目标区域分割成不同尺度的网格, 采用可形变多相似性度量方法(Deformable Diversity Similarity, DDIS)计算不同尺度下的匹配得分; 同时, 算法提取模板区域的显著性区域图, 形成模板区域的显著性得分; 随后, 利用显著性得分对不同尺度的匹配得分进行加权融合, 在融合得到的匹配得分图上寻找最佳匹配区域。算法与取得目前最好结果的DDIS方法相比, AUC(Area Under Curve)指标提升2.9%。实验结果表明, 显著性区域提取使匹配方法更加关注目标物体, 削弱背景及遮挡物体对其影响, 从而增强模板匹配方法对于背景变化及遮挡的抵抗能力。另外, 空间金字塔模型能够增强模板匹配方法对于物体不同尺度下的特征提取, 如物体的局部轮廓及结构特征等。二者结合有效地提高了匹配精度。

目前主流的不良视频检测大多基于视频内容分析, 属于计算密集型任务, 不利于巨量视频通话流的实时检测。为此, 本文试图从新的视角来阻断潜在不良视频的传播, 即实时视频流相机溯源。和传统检测内容的方法不同, 本文试图通过检测产生不良视频的相机源来阻断潜在不良视频的传播, 即一旦发现某个正在视频通话的手机产生过不良视频, 就发出安全警告进行阻断。该思路的基本假设是拍摄过不良视频的手机拥有者有更大概率利用同一部手机拍摄不良视频。该思路的核心问题是寻找一种实时、可靠的相机溯源方法。为此, 本文主要聚焦以下三方面工作: 建立了一个包含100部视频的数据库用于算法评估, 数据库中的视频来自25部不同型号、不同品牌的相机, 每一部视频注明了相机来源; 建立了一种简单、有效的视频相机溯源机制, 实现相机的在线实时溯源; 提出了一种多相机指纹特征集成决策模型, 实现可靠的相机溯源。实验结果显示, 所提相机溯源机制能满足相机溯源的实时性要求, 并且所提多相机指纹特征集成决策模型显著优于现有的单一模型, 对于安卓手机, 其视频相机溯源准确率达到98.161%, 验证了该思路的可行性。

针对红外与可见光双波段夜视图像增强提出了基于oRGB颜色空间的彩色融合算法。选择亮度与颜色分离的对立色颜色空间, 应用多尺度Top-hat变换方法将红外与可见光增强融合图像作为伪彩色图像的亮度分量, 根据双波段图像的差异性并结合参考图像色调构造颜色分量; 为避免线性变换的颜色传递方法容易造成灰度级压缩或过饱和情况, 在分析颜色传递机理的基础上, 使用非线性的直方图匹配方法实现颜色传递。实验结果表明, 融合图像的颜色分布更自然, 纹理细节、整体亮度和对比度等视觉特征表现更优。

针对BP神经网络存在的过拟合问题, 提出了基于Pearson关联度的神经网络预测模型。将传统的基于误差反向传播的BP神经网络中的误差函数替换为Pearson关联度函数, 利用梯度上升法对训练过程中神经网络的连接权重和阈值的调整量进行了推导, 并为调整量添加了动量项用于提高神经网络收敛速度, 然后建立了关联度反向传播预测模型, 并对其权重进行了阈值限制以及增加学习率来防止过拟合。对通用数据集进行时间序列预测实验, 通过与改进的RBF和BP神经网络对比, 表明对于多因素时间序列的预测Pearson关联度BP神经网络的预测误差精度RMSE降低了402, 收敛次数减少1 690代。实现了将关联分析与BP神经网络的结合, 能够在保证效率的同时, 解决过拟合问题, 提高预测精度。

在单帧图像超分辨率问题中, 基于高斯过程回归的超分辨率算法没有挖掘相似图像片间的关联关系或者无差别地用相似图像片来扩充训练集合, 都会导致重建的高分辨率图像中存在明显的噪声和伪影。对此提出了一种基于多任务高斯过程回归的超分辨率算法。该算法通过引入多任务学习思想, 将输入的低分辨率图像进行分片处理, 把每一个图像片的超分辨率过程视为一个任务。在对相似任务建模的过程中, 通过最优化求解的参数集合来体现任务间的共性及差异, 从而使模型的泛化能力和预测精度得以提高, 在重建高分辨率图像清晰锐利的同时, 噪声和伪影受到明显抑制。用常见的测试图像以及公开的图像测试集合进行的大量试验表明该算法在主观评价和客观评价两个方面均优于同类型算法及当前经典算法, 峰值信噪比较其它常见超分辨率算法可提高约0.5 dB。

为了解决类能量图易受人体运动时间和位置移动等因素影响而难以有效描述动作细节特征的问题, 本文提出了一种基于类能量图金字塔梯度直方图(PHOG)融合特征和多类别Adaboost分类器的人体行为识别方法。该方法首先对经过躯体配准的运动人体目标轮廓图像构造平均运动能量图(AMEI)和增强的运动能量图(EMEI), 分别提取其分层梯度方向直方图(PHOG)特征并进行串联融合, 作为一种多层次的行为特征描述; 然后使用基于查找表的LUT-Real Adaboost算法设计多类别分类器, 实现图像中人体行为动作的识别。实验结果显示其在典型的人体动作数据集DHA上的正确识别率达97.6%, 高于其它采用单一特征描述和SVM等分类器的方法。表明该方法将整体与局部特征相结合, 可以有效描述不同尺度下的动作细节特征, 增强了人体行为特征的描述能力, 提高了识别性能。

针对传统基于归一化非完全Beta函数(Normalized Incomplete Beta Function, NIBF)的图像增强方法难以有效地自动获取最优参数且其增强效果受图像动态范围限制的问题, 提出一种基于自适应量子遗传算法的NIBF遥感图像自动增强方法。首先, 由图像色深, 对待增强图像引入最大和最小光谱测度级, 扩大其动态范围。其次, 利用量子比特将NIBF参数编码为量子染色体, 并设置若干量子染色体构成初始参数种群; 对该参数种群进行测量和解码, 以解码值作为NIBF的参数输入, 对图像进行光谱测度变换, 得到对应的增强图像种群。然后, 利用八方向边缘检测模板提取增强图像种群中每个个体的边缘图像, 由边缘强度、边缘数以及熵测度定义刻画参数种群中个体品质的适应度函数, 并以此评价参数种群中的每个参数个体, 保留和记录最优参数个体。在提出的进化策略中, 利用量子旋转门实现量子染色体向最大适应度方向进化, 并根据每代适应度的差异和进化代数自适应地调整量子旋转角的大小; 以最终演化的参数种群中适应度最大的参数个体作为NIBF的最优参数, 生成相应的光谱测度变换曲线, 从而确定输入和输出光谱测度之间的映射关系, 实现图像最优自动增强。对5幅图像的平均实验结果表明: 盲/无参考图像空域质量评价指标提升了122.2%; 自然图像质量评价指标提升了71.8%; 运行时间为10.758 s。满足了遥感图像增强处理中的自动化、鲁棒性和高效率的要求。

长波红外与可见光图像的自然感彩色融合有助于观察者快速感知环境和发现目标, 而共光轴结构对于提高融合图像质量和简化配准算法具有独特的优势。为满足战场侦查、监视等需求, 设计了一种基于TMS320DM642数字信号处理器和ATmega32单片机的共光轴实时彩色融合系统。融合系统的长波红外和可见光成像系统平行放置, 利用分光镜和反射镜实现光路分离, 通过视场匹配和光轴校准实现双波段视频图像完全配准。图像处理程序基于DSP/BIOS嵌入式操作系统开发, 根据视频图像的特点, 采用基于CbCr查找表的自然感彩色融合算法。针对硬件特点, 对融合算法进行优化, 使720 pixel×576 pixel的单帧图像融合时间为9.18 ms, 满足25 frame/s的实时融合要求; 融合图像呈现自然色彩, 场景中的热目标易于辨识。文中对共光轴融合系统设计、实现过程中相关问题的研究具有参考借鉴价值。

为解决不完整三维模型修复过程中孔洞形状不规则、现有方法曲面配准精度不高的问题, 提出一种能够有效保持孔洞边界过渡自然并恢复模型表面细节特征的模型修复方法。首先, 追踪所有1-邻域边和1-邻域三角形数量不相等的点来探测模型的孔洞边界。设计一种基于二维网格数量的算法确定不完整模型的匹配候选集, 同时根据双稀疏表示的三角网格顶点位置误差、边平滑误差和正交约束来预测最优匹配模型; 然后, 结合边界顶点的曲率、边界轮廓线折角的余弦值及相邻边界点的线段长度构造能有效表达不完整模型与碎块模型之间对齐关系的特征点描述子; 最后, 使用二阶伞算子来平滑模型的修补边界。实验结果表明, 模型修复时间节省19% ~ 26%, 模型修复误差平均下降35%。该方法打破了当前模型修复方法中修复裂缝大且难以实现模型表面细节的局限性, 可快速有效地实现破损模型的修复。