针对大口径离轴非球面系统加工与装调的难点, 提出了非球面光学系统共基准加工与检测的方法, 对该方法的基本原理和实现过程进行了分析和研究。当光学系统的主镜和第三镜面形的RMS值优于λ/10(λ=632.8 nm)时, 对主镜和第三镜进行共基准装调和测试, 并进行背板一体化装嵌, 然后利用离子束对其进行一体化共基准加工。结合工程实例, 对一大口径非球面系统口径为724 mm×247 mm的非球面主镜和口径为632 mm×205 mm的第三镜进行了共基准加工与检测, 最终利用离子束共基准一体化精抛光得到主镜和第三镜面形的RMS值分别为0.019λ和0.017λ, 满足光学成像。

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能, 对一定入射及方位角的光束经过Glan-Taylor棱镜后导致的非均匀分布的消光比参数引起的系统测角误差进行了研究。首先, 建立系统坐标系模型, 采用光线追迹法及偏振光的琼斯矩阵描述方式, 对格兰-泰勒棱镜消光比参数引起的测角误差进行了理论推导; 接着, 结合一定入射及方位角下非均匀分布的消光比参数, 运用Matlab软件进行了仿真分析。最后, 通过搭建实验平台, 利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化; 根据实验值与仿真结果的对比分析, 得出非均匀分布的消光比对测角精度的影响。结果表明, 在一定的出射光范围内, 入射角是影响消光比非均匀分布进而影响系统测角精度的主要因素, 当方位角为90°时, 系统测角误差较小; 全方位角范围内系统测角误差随入射角的增大而显著增大, 由此验证了理论分析的正确性。该研究成果对优化测角系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。

地面三维激光扫描仪在监测变形时, 需利用标靶进行多期数据的配准, 因此标靶配准的精度直接影响测量误差。为了提高配准精度, 对不同标靶布设方案进行了测量误差分析。实验分别利用25, 50, 100, 150和200 m的M1~M8靶点进行配准, 然后通过对比两期数据的目标点坐标, 得出不同标靶布设距离的测量误差, 并对实验误差进行系统分析。实验结果表明: 三维激光扫描仪标靶的最佳位置在距离扫描仪50 m左右处, 且当匹配存在角度偏差时, 在同方向上被测目标的测量误差会增大。通过不同标靶布设方案的实验研究得出标靶的最佳布设方案和注意事项, 可为实际边坡工程监测的标靶布设方案提供参考。

浮游植物粒级通常采用采集水样的分级叶绿素法来测定, 比较费时且难以实现剖面连续测量。本文提出了一种基于测定海水光吸收来反演浮游植物粒级结构的原位测量系统。该测量系统硬件主要由高稳定光源、光学窗口、样品管、光纤高精度微型光谱仪、数据采集系统等组成。测量数据基于遗传算法来分析浮游植物粒级结构。海上初步试验结果表明, 该仪器能够测定水下300 m之内的浮游植物粒级结构, 实现1 m剖面分辨率的连续测量, 尤其适用于分析50~80 m深度叶绿素最大值层的浮游植物粒级结构变化, 在未来海洋浮游植物粒级结构测定中有良好的应用前景。

在影响矩阵法瑞奇-康芒检验中, 恢复被测面形的关键在于构建被检平面面形误差与系统波像差之间的Zernike系数影响矩阵。为了提高瑞奇-康芒法的检测精度, 研究了采用单位激励法来精确计算影响矩阵的方法。分别重构平面镜仅包含某一种Zernike波像差下的系统波像差分布, 经Zernike拟合得到该种Zernike像差的影响系数向量; 由各Zernike像差的影响系数向量组成影响矩阵, 然后用最小二乘拟合出被检平面面形。对口径为90 mm的平面镜进行实际检验, 在瑞奇角为26.5°与40.6°的情况下进行波前恢复, 得到被检平面镜PV值为0.141 3λ, RMS为0.019 4λ。与直接采用平面参考镜检测相比, 瑞奇-康芒法检测误差PV值为0.082 8λ, RMS为0.010 9λ。该方法能够精确生成影响矩阵, 抑制了影响矩阵法中对大F数的依赖, 可用于精确恢复平面镜面形。

鉴于人体胸腹表面三维运动测量在精确放疗等医学领域中的重要应用背景, 提出一种三维傅里叶条纹分析与三频时间相位展开相结合的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法。投射一幅不同频率三原色余弦条纹组成的图案, 每采集一幅图像就能实现相应时刻胸腹表面的三维形状测量; 将动态条纹图像序列作为一个三维序列整体, 通过三维傅里叶变换并结合三维高斯滤波器提取折叠相位。无干扰时其均方根误差不超过0.005 rad, 峰谷值误差不超过0.015 rad, 其抗干扰能力高于二维傅里叶条纹分析和其他胸腹表面三维傅里叶条纹分析方法; 通过三频时间相位展开方法进行折叠相位展开, 在限定条件下绝对相位的误差不超过折叠相位的误差。理论分析和实验结果表明, 本文方法能实现人体胸腹表面的三维动态测量。

机载激光雷达(LiDAR)扫描被测地形获得激光点云, 进而重建被测地形的三维图像。机载激光雷达测量过程中, 机载平台姿态角时刻发生波动, 其对激光点云密度分布及重建三维成像精度具有显著影响。为消除姿态角波动对激光雷达测量的不利影响, 设计了一套姿态角补偿装置, 包括机械结构设计和控制系统设计; 并搭建了半物理仿真实验系统, 编制了总控制软件使各子设备之间时间同步控制及数据采集, 实现了对机载激光雷达工作原理及姿态角补偿原理的实验仿真和补偿效果验证, 补偿后DSM高程精度的RMSE误差由3.50 mm以上减小到3.28 mm。实验结果表明, 搭建的半物理仿真实验系统可正确模拟机载激光雷达的工作过程, 设计的姿态角补偿样机对机载激光雷达点云产品质量有显著的补偿效果。

为了研究地球反照的可见光对太阳电池阵电流在卫星陨落期间的影响程度, 进行阵电流的地球反照系数估计。以运行在300 km高度、降交点地方时约10: 30AM的某太阳同步轨道近地卫星陨落为例, 在讨论卫星轨道半长轴、倾角、光照角、降交点地方时等参数漂移的基础上, 重点分析卫星太阳电池阵电流和温度的变化, 并对电流进行正弦曲线拟合, 进而建立地球反照系数的估计模型, 最后用卫星陨落期间的遥测数据进行检验。结果表明, 卫星自300 km轨道高度向100 km轨道高度陨落期间, 地球反照系数先由0.21逐渐变大, 最大值接近0.40, 后又逐渐变小至0.20附近; 对估计值的二次曲线拟合结果表明, 在轨道高度210~270 km这一区间, 地球反照对于太阳电池阵的作用最强, 对应的地球反照系数极大值约为0.28, 作用最强的中心区域可能在250 km轨道高度附近。估计结果可应用于在轨航天器长期管理的遥测诊断、能源估计与预测、器件健康状态评估以及可见光载荷应用等方面。

为了进一步提高激光主动探测系统对光学目标的探测识别能力, 提出了一种利用扫描干涉场将目标的空间分布特征加载到反射光时间序列信号中, 通过反射光时间分布的特征差异在复杂漫反射背景中探测光学目标的新方法。基于马赫-曾德尔干涉光发生体制, 得到了远场干涉图样条纹间距与传输距离、M-Z干涉光发生装置参数和激光波长的关系式。分析了条纹间距对不同目标原路返回点处光强时间分布特性的影响。搭建了演示验证平台, 结果显示, 随着干涉场的条纹间距减小, 光学目标的反射光时间分布峰峰数增多, 峰峰比降低, 而漫反射目标没有明显变化。漫反射目标和光学目标的反射光时间分布的方差、偏度和峰度等统计特征差异明显, 其中峰度值分别为(4.37,62.8)、(4.03,34.97)和(3.91,35.4), 整体相差一个数量级。利用反射光时间分布的包络形态和统计特征的较大差异可快速区分光学目标与漫反射背景。

生物利用天空偏振光进行导航的方式给科研人员很大的启发, 越来越多的学者正在进行这方面的研究。精确的天空偏振场图是进行偏振导航的前提条件, 为了获取更加准确的天空偏振场图, 许多成像式偏振探测装置被开发出来。本文提出了一种新型的实时全偏振一体式成像探测传感器, 可以获取全参数Stokes矢量, 进而解算出目标的AOP、DOP、LDOP和CDOP等信息。基于C++语言和OpenCV库, 采用MFC架构开发了上位机程序, 实现了目标偏振信息的实时显示。在最大分辨率下, 视频流的刷新率为3 frame/s, 基本满足了实时探测的需要。对晴朗天气条件下天空偏振场图进行了实际探测, 实验过程中探测器性能稳定, 天空偏振场图与瑞利散射模型具有较高的一致性, 太阳子午线动态识别误差为0.01°~0.23°, 初步证明了探测器的可靠性, 为后续工作奠定了基础。

为实现高灵敏度条件下近距离空间目标的探测成像, 通过设计惯性空间跟踪、terminal滑模稳定控制指向方法和成像行频自主匹配技术, 利用高灵敏度CMOS相机实现了对空间目标的稳定指向和高信噪比成像。最后, 利用卫星三轴气浮姿控仿真系统、空间LED目标显示系统和高灵敏度CMOS相机成像系统, 进行惯性空间跟踪稳定指向姿控仿真及外场高灵敏度成像试验。试验结果表明: 对惯性空间目标稳定指向的过程中, 稳像姿态控制优于0.02°与0.001 5 (°)/s时, 成像曝光10 ms可获得信噪比为19 dB的低照度图像; 利用F数为10的GSENSE400 CMOS相机, 在光照度为0.05 lx和行频自主匹配成像姿态的10 ms曝光时间条件下进行20 km近距离外场成像试验, 能够获得SNR大于18 dB的高信噪比图像。

针对视觉测量过程中配合目标特征点在成像时灰度模式的各向异性且非独立同分布对位姿估计求解的影响, 建立了基于特征点测量误差不确定性加权的位姿估计目标函数。利用协方差矩阵描述特征点的方向不确定性, 分析成像特征点的不确定性对目标函数的作用权重, 并将特征点测量误差的不确定性融入到空间共线性误差函数中, 进而构造了基于成像特征点测量误差不确定性加权的新目标函数。该方法适应于特征点测量误差具有不同程度的方向不确定性的情况, 最后通过广义正交迭代算法对该目标函数进行迭代优化求解。实验表明, 当测量空间为2 300 mm×1 400 mm×1 400 mm, 采用新目标函数得到靶标重投影后图像坐标的最大误差不超过0.11 pixel, 立体视觉系统对标准杆的相对测量精度优于0.01%。所得的结果验证了新目标函数的位姿估计精度高、稳定性强, 适用于实际的工程应用。

自修整能力是评价亲水性固结磨料研磨垫加工性能的重要指标。本文选择不同浓度的乙醇水溶液作为研磨介质, 表征了亲水性固结磨料垫基体在研磨介质中的溶胀率与砂浆磨损速率, 探索了亲水性固结磨料垫在不同研磨介质条件下研磨石英玻璃的加工性能, 采用亲水性固结磨料垫在不同阶段的材料去除速率变化(Material Removal Rate Variation, MRRV)衡量固结磨料垫的自修整能力。结果表明: 随着研磨介质中乙醇浓度的增加, 溶胀率与砂浆磨损速率均增大, 分别达到了1.05%与5.5 mg/h, 不仅研磨垫的材料去除率与表面质量得到了提高, 同时, 不同阶段的MRRV大幅减小, 体现了更优的自修整能力。当乙醇浓度为25%时, 平均材料去除率达到11.82 μm/min, 表面粗糙度Ra为75 nm, 磨料垫具备了良好的加工性能。研磨介质中引入乙醇能有效提高固结磨料垫的加工性能。

为了解决巨型望远镜潜在的结构变形对方位轴系支撑和精密驱动的影响, 基于组合轴承和驱动车载的概念, 提出了一种集成具有轴承及驱动两个功能的机械装置。此套机械装置采用了静液压油垫和直接驱动技术。直接驱动和液压油垫组合安装在承载机构上, 可以减小电机间隙变化以便提高驱动系统的效率, 此机械装置包含一套运动副连接, 该连接允许底部静液压油垫与滑动导轨紧密贴合而上部连接到方位轴移动结构上(就方位轴而言), 由此机械装置在运行时只会受到底部滑动轨道平整度的影响而不受上部移动结构大尺度变形的影响。之后通过ANSYS对机械装置进行了静力学仿真, 以验证模型的准确性。分析结果证明: 系统在设置运动副连接和未设置运动副连接两种情况下, 施加Z轴方向力矩时, 关注点的位移由14.3 μm减小为0.85 μm; 施加X轴方向力矩时, 关注点的位移由12.9 μm减小为1.26 μm, 运动副连接层可以显著吸收望远镜方位轴移动结构变形引起的力矩, 从而不会将该作用力矩强加给静液压油垫和驱动系统。该项设计为巨型望远镜高精度轴系和精密驱动的研制提供了可靠的设计依据和技术支持。

为实现高回转精度多阶柱状微电极的高效加工, 对多阶柱状电极电化学刻蚀过程进行了深入的研究与改进。首先, 根据电化学刻蚀理论推导了加工电流对电极直径变化的影响规律; 通过试验证明了电极旋转可提高电流变化速率及有效起始电流进而提高加工效率, 定性分析了电极旋转对电极回转精度的影响, 提出了分阶变转速高效加工高回转精度多阶柱状微电极的方法; 通过试验分析了各加工参数(电极转速、加工电压和切断电流)对电极形状及尺寸的影响; 最后, 在优化后的加工参数下, 成功加工得到末端直径小于15 μm且同轴度误差在1 μm以内的多阶柱状微电极, 与常规电化学刻蚀工艺相比, 显著提高了加工效率。试验证明旋转电化学刻蚀是一种能够较好地提高微电极加工效率及回转精度的新工艺。

为研究一种可用于雷达领域的新型冷却技术, 本文研究了高电压下共面薄膜电极之间的DC表面放电现象。设计制作了一系列具有不同参数且带有一个阳极针尖以及两个对称布置阴极的样机, 通过改变基底表面粗糙度以及不同的结构参数(如凹槽深度、凹槽宽度以及阴极长度等)进行实验测试。结果表明: 主要受到基底表面离子迁移率的影响, 凹槽深度对于共面薄膜平面电极的表面放电现象影响最大; 表面放电的电流稳定性随着深度的增加而增加; 而放电起始电压则随着深度的增加而减小; 离子与平面基底之间的流体阻力影响相对较小。共面薄膜电极表面放电的研究对于推动电冷却技术在雷达技术领域的应用具有重要意义。

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能, 设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先, 完成了整体电路的系统级设计, 实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测, 将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后, 对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后, 采用0.5 μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片, 并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示, 芯片电容检测非线性为0.005%, 输出噪声密度3.7 aF/Hz(待测电容40 pF), 电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40 pF, 待测电容40 pF, 1 σ, 1 h), 输出零位温度系数4.5 μV/℃。测试结果证明, 该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准, 可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。

基于轴向挤压后屈曲模态的双稳态结构, 其跳转力、保持力和跳转行程等双稳态特征与预应力分布和后屈曲模态密切相关, 使得难以通过仅调整预压缩量来实现特定双稳态指标的设计。本文提出引入局部加强体调控预压双稳态梁临界屈曲载荷、应力分布及跳转特征的方法, 建立了具有对称局部加强体的预压双稳态梁跳转分析模型, 分析了预应力、加强体尺寸参数和位置对屈曲临界载荷、跳转力和行程的影响规律。结果表明: 局部加强体不影响原结构跳转力和保持力相等的特征; 与尺寸参数相比加强体位置参数对跳转力有较大影响, 随着位置的变化, 跳转力存在由大变小再变大的变化过程, 且调控同行程双稳态梁跳转力的幅度可达17.04%; 跳转行程主要依赖于局部加强体的刚度和所承受的预应力。

为了解决大面积纳米压印所面临的大尺寸晶圆级复合软模具低成本制造的难题, 对于当前广泛使用的大尺寸晶圆级双层复合软模具开展了理论分析、数值模拟和制造方法的系统研究。提出并建立了复合软模具脱模过程和气泡缺陷理论模型;利用ABAQUS工程模拟软件, 揭示了大尺寸复合软模具影响脱模的因素和内在规律; 提出一种大尺寸晶圆级双层复合软模具低成本制造方法, 并完成了10.16 cm(4 inch)满片双层复合软模具复制的实验验证。研究结果为大尺寸复合软模具制造奠定了理论基础, 并提供了一种低成本高质量制造大尺寸晶圆级双层复合软模具切实可行的方法。

研究姿态机动的时间最优控制时, 通常只考虑最优解为Bang-Bang控制的情况, 假设了开关函数仅在有限个孤立点为零, 本文对假设之外的奇异最优控制进行探讨。以球对称光学敏捷卫星为对象, 根据姿态机动最优控制问题的数学模型, 证明了开关函数的特殊性质。在不同边界条件下, 结合一阶必要条件、广义勒让德-克莱伯西条件等, 分析了最优控制包含奇异区间的所有情况, 得到了奇异控制最优性的必要条件。结果表明, 对于起止角速度为0, 乃至起止角速度相同的所有工况, 可以直接排除奇异控制最优的可能性, 最优控制中各个分量在+1和-1之间切换; 而起止角速度相异时, 存在奇异控制最优的情况, 且奇异分量的开关函数在全过程均为0, 奇异阶数为无穷阶, 文中给出了相应算例予以佐证。

为了客观评价图像质量, 本文提出联合颜色空间统计特征和权重局部二值模式(Local Binary Pattern,LBP)纹理特征的无参考图像质量评价模型。首先, 对失真图像进行亮度去均值对比度归一化(Mean Subtracted Contrast Normalized,MSCN)操作得到MSCN系数; 然后, 对MSCN系数提取其统计参数特征和权重LBP直方图特征, 其中统计参数由广义高斯模型获得, 权重为MSCN系数的幅度。另外, 还采用了Lαβ颜色空间下红绿和蓝黄分量的自然场景统计(Natural Scence Statistics,NSS)特征来增强基于颜色失真的描述, 并运用非对称广义高斯模型获得统计参数特征。最后, 运用SVR建立图像质量评价指标到主观质量得分的回归模型。在LIVE,CSIQ,TID2013和MLIVE数据库上的实验结果表明: 4个数据库加权平均Spearman秩相关系数为0.776, Pearson线性相关系数为0.821, 均优于其他方法; 图像大小为512×512时特征提取只需0.19 s。本文提出的方法与人眼主观感知具有良好的一致性, 并具有复杂度低等优点。

针对由复杂地形或地理环境等因素诱发范围小但强度大的晴空风切变无法被已有风切变算法检测的问题, 提出一种测风激光雷达修正F因子来检测这种小尺度风切变的算法。将传统F因子中雷达无法直接测量的垂直风速分量通过理论模型转换为径向风速梯度的函数, 将解算F因子的关键点落在得到径向风速梯度的问题上。先从晴空风场数据中提取出激光雷达下滑道扫描的风速廓线, 再用最小二乘法计算风速廓线的径向梯度, 进一步求解得到修正后的F因子, 并根据其经验阈值来判别风切变, 最后使用香港国际机场提供的实测激光雷达风场数据进行了实验验证。实验结果表明, 当风切变范围在400~800 m时, 该算法能够检测出现有斜坡算法无法检测到的小尺度风切变, 并将小尺度风切变检测范围扩大2 NM。该方法利用地面激光雷达数据来衡量机载指标变化, 并在检测几百米的小尺度风切变方面效果明显, 对于降低风切变漏报率和提高风切变预警率都具有重要意义。

针对数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)测量中散斑噪声干扰会导致相位提取困难、测量灵敏度降低的问题, 提出基于能量的DSPI相位图正余弦滤波法, 克服传统滤波方法不具有自适应性的不足, 提高了相位图质量。该方法根据正交小波包能量估算DSPI相位图中的噪声能量; 对相位图分别进行正余弦变换, 采用均值法平滑处理; 利用噪声能量设定滤波阈值, 实现相位图有效滤波, 文中将噪声能量与正余弦滤波结合可以自适应地进行降噪处理, 利用能量控制图像滤波效果。仿真和实验结果表明, 基于能量的正余弦滤波法较传统方法可以减少50%的循环次数。证明了本文提出的方法能够有效地对数字散斑干涉相位图进行滤波, 提高信噪比。

为了提高推扫式遥感相机的动态范围, 对应用DTDI(Digital domain Time Delay Integration)技术并采用固定积分级数的成像方法以及高动态范围图像的显示方法等进行研究。首先介绍了DTDI技术基本原理, 然后利用该技术突破传统模拟域TDI的满阱电荷限制, 获得更高深度、更大动态范围的灰度图像数据, 进而拓展了推扫式遥感相机的动态范围。最后结合图像熵和图像灰度分布方差构造评价函数, 并将其作为判据选择被关注目标高动态范围图像的最优显示窗口, 将信息量最大、层次最为丰富的区间自动显示出来。计算和实验结果表明, 当固定积分级数为64的时候, 推扫式遥感相机的动态范围可以有效地提高36.124 dB; 基于评价函数的显示窗口自动选取方法较人工选择能够更加快速、准确地显示最优结果。本文提出的方法能够基本满足推扫式遥感相机领域大动态范围成像及选择显示的需求。

微光/红外图像彩色融合是目前国内外夜视技术的重要发展方向, 在超低照度下(环境照度小于2×10-3 lux), 由于成像器件限制, 微光图像具有低信噪比、低对比度等特点, 导致目标难以辨识, 成为制约彩色夜视技术的关键。为了提高目标的探测和识别率, 提出了一种基于卷积自编码网络的微光图像复原方法, 利用卷积自编码网络从微光图像训练集中学习超低照度下微光图像特征, 实现去噪和对比度增强。实验结果表明, 本文提出的方法得到的峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)较经典的BM3D算法平均提高1.67 dB, 结构相似度(Structural Similarity Index, SSIM)的值平均提高0.063, 均方根对比度的值(Root Mean Square Contrast, RMSC)平均提高0.19。对微光图像复原具有很好的效果, 能够有效地提高信噪比和对比度水平。

为了解决脉冲耦合神经网络( Pulse Coupled Neural Network, PCNN)在图像分割中多参数设定以及评价准则单一的问题, 提出了一种结合粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization, PSO)和综合评价准则的PCNN图像自动分割方法。采用单调递增阈值搜索策略的PCNN改进模型, 将PSO优化原理与由交叉熵参数, 边缘匹配度和噪点控制度共同构成的综合评价相结合, 以综合评价作为粒子的适应度函数, 自动寻优获取PCNN图像分割模型的目标时间常数, 连接系数以及迭代次数n, 从而实现全参数自适应的PCNN图像分割。实验结果表明算法在保证PCNN运行效率下对不同类型图像都能进行正确完整的分割并兼顾纹理细节的保留。从实验数据可以看到, 本文算法在综合评价和通用综合指标上均优于其他对比算法, 综合评价平均优于其他算法10.5%。客观评价结果与视觉主观评价相一致, 分割较理想, 算法具有较高的鲁棒性。

针对遥感相机数据输出速率较高、快视系统传输带宽不足的问题, 提出了一种基于万兆网的高速可靠传输系统并加以实现。传输系统前端采用FPGA作为主控制器, 在其内部构建可靠传输协议栈, 通过确认重传算法实现高速数据的UDP可靠传输, 并通过流量控制机制提高传输效率。由于重传算法需消耗较多缓存资源, 采用DDR3多端口控制器对传输协议栈中已发送但未被确认的数据帧进行缓存, 同时对前端高速数据流进行速率平滑, 减少FPGA片上RAM资源使用率。实验结果表明: 当上位机CPU负载较小时, 传输系统可可靠传输高达1 000 MB/s的连续数据流; 当CPU负载较大时, 传输速率亦在600 MB/s以上。系统传输速率高, 工作稳定, 扩展性强, 已成功应用于遥感相机快视系统中, 为超高速遥感相机的研制测试提供了保障。

对于高光谱影像地物分类问题, 为更加有效地利用像元空间信息和光谱信息, 提高地物分类精度, 提出了多核融合多尺度特征的分类方法。首先, 通过多尺度空间滤波和PCA白化, 提取出多尺度特征;接着在核稀疏表示分类器内使用多核方式对分别表示每项特征, 在分类器内实现特征自动融合, 根据子核与理想核、子核之间距离求取核组合的权重, 使用训练集所构成的字典在特征空间内对待测样本进行线性表示, 根据每类地物的重构误差确定待测像元所属地物类别。实验结果表明: 对于Indian Pines影像和Pavia University影像总体分类精度分别达到99.51%和97.96%, 较传统方法明显提高, 并且对于小样本地物识别精度也都能达到90%以上。本文算法对于高光谱影像地物具有更强的识别能力, 并且具有较强的稳定性和鲁棒性。

针对子空间表示跟踪算法处理遮挡问题的能力不足, 以及稀疏表示跟踪算法无法满足跟踪实时性要求等问题, 本文提出一种稀疏正则约束的子空间视觉跟踪算法。 该算法结合了子空间表示与稀疏表示的优势, 提升了对于遮挡问题的处理能力, 并且降低了算法的计算复杂度。首先, 该算法利用PCA子空间基向量集、子空间均值以及表示残差对目标进行表示, 同时算法采用L2范数作为表示系数以及表示残差的稀疏约束函数。其次, 算法采用了一种分步循环迭代的方法求解表示模型的系数与残差。然后, 为了保证子空间基向量与空间均值能够持续准确的描述目标在跟踪过程中出现的变化, 算法根据经过开运算处理后的表示残差中非零元素的不同比率构建不同的更新模板, 并结合增量主成分分析方法在线学习新的基向量与均值。最后, 在实验部分, 本文将提出算法在10个实验序列上的跟踪结果与8个现今主流跟踪算法进行对比, 同时从定性与定量两个方面对实验结果进行分析。本文算法在全部10个实验序列上的平均中心误差为5.3 pixel, 平均覆盖率为77%, 相比于其他算法, 本文算法取得了较高的跟踪精度。本文算法具有更好的鲁棒性, 并且满足更多场景下的跟踪需求。

为了实现2K及以上超高清微型显示器的高效率高性能扫描, 建立了微型显示器的原子扫描模型。对该模型采用的数学矩阵、基于分形延伸的植入运算进行研究, 提出了原子扫描策略并推导了原子扫描序列。首先, 对现有的PWM(脉冲宽度调制)扫描策略进行扫描性能分析。然后, 在分析比较几种扫描策略性能的基础上, 说明原子扫描是实现较优性能的最佳选择。实验结果表明: 对于256级灰度, 采用32位子空间, 8位权值比为128∶64∶32∶16∶9∶4∶2∶1的原子扫描策略具有较好的线性度和较高的传输效率。在分辨率为1 600×1 600的原子扫描方案中, 时钟频率为50 MHz, 帧频可达90 Hz, 线性度接近99.8%, 传输效率高达100%, 基本满足超高分辨率扫描系统中高帧频、较低时钟、高线性度的要求。