为了研究三坐标轮廓测量仪测量离轴非球面的数据处理,介绍了三坐标轮廓测量仪测量离轴非球面的原理, 对除三坐标测量仪自身误差之外的误差进行了详细的分析, 在此基础上建立了校正这些误差的离轴非球面数据处理模型。使用Matlab与C语言混合编程, 并进行了数据模拟, 对实际离轴非球面进行了测量。在对离轴非球面数据进行模拟时, 面形误差PV值小于0.001μm；实际应用时, 面形误差PV值约为0.245μm, 利用数据处理模型得到的面形误差PV值为1.2μm, 达到了三坐标轮廓测量仪本身的测量精度。结果表明, 所建立的数据处理模型和处理软件是正确的。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有高选择性、高准确性的优点, 为逃逸氨的在线检测提供了可靠的技术手段。首先研究了温度对NH3浓度检测的影响, 表明在25-300℃之间, 浓度随温度的升高而降低；然后在室温为25℃时, 利用TDLAS系统对浓度为10-100ppm 的NH3进行检测, 采集得到其二次谐波光谱。比较了单光程和多光程样品池测量结果, 得到单光程样品池最低检出限为22.9ppm, 多光程样品池的检测限为1.21ppm, 多光程样品池能够明显地提高检测精度。结果表明, 该系统能够适应现场测量环境。

为了提高光笔式三坐标视觉测量的正确性和有效性, 对六点透视问题的理论渊源、数学模型及其数学模型的正确性和有效性进行了研究。以视觉测量的经典理论——“N点透视问题”的原理为依据, 建立了光笔式三坐标视觉测量的通用数学模型。在充分分析和研究该通用数学模型解的性态的基础上, 得出了光笔式三坐标视觉测量中的六点透视问题具有唯一解, 而且可线性求解的结论, 建立了六点透视问题的数学模型, 并开发出对应该数学模型的实验测量系统, 在三坐标测量机上进行了比对测量实验。比对测量结果表明: 在300mm 测量范围内, 六点透视问题实验测量系统和三坐标测量机在X、Y、Z轴方向上的测量数据最大差值分别为0.06mm、0.07mm和0.09mm。六点透视问题的数学模型能基本满足现场测量精度的要求。

研究了一种基于视觉检测的管路流量监控系统。将玻璃浮子流量计连接到管路中, 采用LED光源对其进行照明, 采用视觉检测系统拍摄玻璃浮子流量计图像, 计算机软件对图像进行显示和处理, 得出流量计的流量读数, 并进一步对流量数据进行存储、显示和统计。系统既实现了管路工作状况和流量的现场目视观测, 同时在主控中心还可通过由系统软件提供的流量计图像和流量数据实现管路工作状况和流量的监控。论述了系统的工作原理, 分析了系统的硬件组成, 在实验室条件下搭建了实验系统。对标定算法、浮子位置的亚像素定位算法进行了论述, 并进行了实验测试和分析。结果表明, 该系统能够满足工业现场的工作需求。

介绍了一种基于制冷型CCD相机的生物芯片扫描仪光学检测系统。通过对生物芯片扫描仪工作原理的分析, 总结出了CCD选型原则和光学检测系统荧光收集物镜的重要设计参数。借助于ZEMAX光学设计软件设计出了具有大数值孔径(0.4)、长工作距离(7mm)、适用于可见光全光谱下的荧光物镜, 提高了扫描仪荧光收集效率。评价了该荧光收集物镜的成像质量, 各方面参数符合扫描仪设计要求。

介绍了一套在真空低温环境下使用的摄影测量系统。该系统主要用于真空低温环境下对卫星天线等由于热变形而导致的面形变形进行测量, 其测量方法采用了摄影测量法的基本原理。该设备为国内首套自主研制的真空低温环境用非接触摄影测量系统, 主要由CCD摄影组件、标尺、支撑机构、试件加热设备和专用图像处理软件组成。采用该测量系统在模拟空间环境下对Φ660mm口径反射面卫星天线进行了一次变形测量试验, 通过试验完成了对被测天线的变形测量, 获得了大量的数据, 验证了采用该套测量系统在模拟空间环境下进行天线变形测量的可行性。通过分析, 该套测量系统的相对测量精度达到了1/20000。

针对固体发动机羽烟透过率面阵测量系统的测试要求, 设计开发了两种不同的峰值保持电路。其中激光和红外光通道采用峰值保持芯片PKD01代替由比较器和取样保持器组成的峰值保持电路, 降低了由于比较器转换状态延迟和保持电压下降所导致的误差。对于可见光通道, 由于经光电转换后的电压信号为窄脉冲小信号, 为了降低峰值保持电路中二极管对小信号的非线性误差, 先对信号进行了前置放大；为了保证低电压下降率, 采用了前置峰值保持电路与PKD01相结合；为了保证高压摆率, 选用肖特基二极管和聚酯薄膜电容组成前置峰值保持电路。测量结果表明, 经过改进的峰值保持电路可以稳定、快速、准确地保持面阵烟雾透过率测量系统中各路的电压信号。

为了显示可以裸眼周视观看和具有悬浮特性且可触摸的立体图像, 通过分析多种立体显示技术原理、应用范围及其优缺点, 提出了一种新型的立体显示技术。电机带动定向屏旋转, 将多投影机出瞳成像并形成空间的观察域, 当观察者双眼位于观察域内时, 无需佩戴眼镜即可观察到具有运动视差的立体图像, 且此图像具有悬浮可触摸的效果。对系统中的关键技术进行了阐述, 通过实验得到了观察距离为580mm、悬浮中心高度为150mm的立体图像。

针对光纤陀螺随机漂移模型时序无法直接应用卡尔曼滤波分析的问题, 在对陀螺漂移建模分析的基础上, 利用一阶马尔柯夫过程等效拟合陀螺漂移模型, 并通过Allan方差分析拟合的合理性。对惯导系统误差方程进行了状态扩充, 为进一步实现导航系统的滤波分析奠定了理论基础。

S变换可以看作是介于小波变换与窗口傅里叶变换之间的变换, 具有很强的时频分析能力, 它将一维信号变换为时间(空间)和频率的函数, 称为瞬时S变换谱, 在沿窗口移动方向上, S变换谱的叠加可得到全局信号的傅里叶频谱。在S变换用于条纹解调时, 局部基频的正确提取是确保获得全局信号基频分量的关键。为此研究了不同的滤波过程对S变换解调条纹相位的影响, 利用不同的滤波器, 在对局部S频谱进行加权滤波后, 叠加局部基频, 得到全局基频分布, 然后再利用逆傅里叶变换获得条纹的相位分布, 从而重建被测物体的面形。讨论了阈值滤波、平顶高斯和平顶汉宁滤波、“脊”线拟合后的平顶高斯和平顶汉宁滤波在S变换轮廓术中的应用, 通过计算机模拟和实验, 初步对比了滤波效果。

对离轴数字全息显微相位畸变的自动补偿进行了理论和实验研究。首先对由CCD记录的数字全息图采用平均梯度自聚焦方法确定最佳再现距离, 然后将修正的虚拟参考光作用于切趾滤波后的全息图进行数字再现, 经像平面相位自动补偿后得到无畸变的物体相位分布。该方法仅需记录一幅离轴数字全息图就可以自动快速地重建物体的真实相位信息。

数字散斑照相术通常测量刚体的面内位移。从基本原理着手, 研究了基于散斑照相术的两种常用方法, 即数字图像相关法和傅里叶变换法。论述了数字图像相关法中的亚像素梯度算法, 讨论了如何选择子区的大小, 优化测量结果；傅里叶变换法通过对散斑图进行傅里叶变换和数学形态学等一系列操作, 获得精确的条纹间距, 从而更好地计算面内位移。实验结果表明, 傅里叶变换法的测量精度要高于数字图像相关法。

为了克服由于烟雾稀薄、远景以及风速带来的干扰, 实现火灾的及时准确检测, 提出了一种有效的基于小波纹理特征分析的视频烟雾检测算法。该算法首先利用混合高斯模型提取运动区域, 对运动区域进行网格化和二维离散小波变换以获取局部信息；然后利用灰度共生矩阵提取每个网格的纹理特征；最后利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)和联合判别准则进行训练和火灾判断。实验表明, 该算法检测率达到了94.8%, 误检率为1.1%, 证明该算法可以充分挖掘图像的局部信息, 并提高了检测烟雾的空间分辨率, 适宜多种场景, 可靠性较高。

提出了一种新的图像水印实现方法。采用差分法进行水印强度的嵌入和检测, 利用一种自适应算法调节水印强度, 能使水印在透明性得到保证的前提下尽量地提高水印强度。使用密钥计算水印的嵌入位置, 增加水印的安全性。在水印检测过程中, 利用一种带优先级的膨胀算法辅助水印的复原。以二值图像作为水印信息, 灰度图像作为水印的载体, 以另一幅灰度图片作为密钥, 通过实验成功地实现了水印的嵌入和检测。实验证明, 该方法可以很好地抵御几何裁剪攻击、量化攻击、JPEG压缩攻击和高斯噪声攻击, 具有一定的实用价值。

3-5μm波段中红外激光在医疗、环保、**等领域有着广泛的应用。固体激光器泵浦的光参量振荡器(OPO)是目前获得3-5μm激光的常用方式, 是激光器领域研究的热点, 国外已有报道采用ZGP-OPO方式获得27.1W的3-5μm激光。介绍了OPO获得3-5μm激光的技术途径, 以及中红外OPO的研究进展和在各个领域的应用。

人体表面特征点三维空间坐标的实时监测是实现自然高效、非接触的智能化人机交互的关键技术。算法在提取肤色区域外轮廓的基础上, 依据手指和手势的多种形状约束特征实现指尖定位。基于Adaboost算法确定人脸区域, 针对是否佩戴强干扰性眼镜, 采用不同的灰度及空间结构特征实现人眼中心的准确定位。对左右内眼角点或是黑框眼镜内框曲率点进行改良性的光流跟踪。通过多尺度逐级定位算法提升特征点的定位精度。基于双目立体视觉原理实现特征点的三维空间坐标重构, 并依靠三维信息反馈有效重启跟踪错误的光流算法。算法将特征与统计方法相结合, 通过多尺度以及多信息(灰度、色调、空间结构、三维)的综合运用, 相对于传统算法进一步提升了算法的时间处理效率和复杂背景中多状态下(强干扰佩戴物、较大角度的姿态变化、遮挡、光照)目标特征点的检测正确率。

探测距离作为电视侦察系统的重要指标, 受气象条件影响严重, 为了降低机载电视侦察性能实验对天气的依赖性, 从侦察系统发现目标的必要条件出发, 研究了目标大小、照度、环境因素以及气象条件等因素对探测距离的影响, 得出了不同气象条件下电视侦察系统探测距离的推算公式。利用MATLAB 7.5软件编程, 反复调用大气传输软件LOWTRAN 7程序, 以某气象条件下获得的实验数据为基础, 推算得到其他气象条件下电视侦察系统的探测距离, 并通过飞行实验对推算结果进行验证, 最后通过仿真从大气能见度、温度、湿度等方面对探测距离的影响进行了分析研究。实验和仿真结果表明, 该推算方法合理可行, 推算结果准确可靠, 可有效降低电视侦察实验对天气的依赖性, 对电视侦察系统性能评估有一定的借鉴意义。

针对TCS230颜色传感器对颜色的RGB频率值采集速度快、精度高而难以精确判断具体颜色的问题, 提出了融入模糊算法进行颜色识别的方法。采用可编程的TCS230颜色传感器搭建的非接触式的RGB频率值的采集电路, 对采集到的RGB频率值进行模糊化, 根据由离线的样本数据确定出的模糊关系进行计算, 得出模糊输出, 最终解模糊并清晰化后就可以得出物体的颜色。通过智能小车的颜色识别实验表明, 采用该方法在颜色识别方面准确度高, 计算量少, 能较为理想的进行颜色的识别分类。

从大量的成像光谱数据中选择出有效的特征波段, 用于对园艺作物的特征进行快速识别和分类。基于LCTF(liquid crystal tunable filter)成像的优点在于能够连续改变光谱透过中心波长。首先实验选取园艺作物——萝卜叶片为研究对象, 获取萝卜叶片表面每隔5nm各波段图像的灰度信息；然后求出各波段的灰度值标准差和相关系数；最后通过波段指数排序选取萝卜叶片的有效特征波段。实验结果表明, 在530nm、550nm、535nm、555nm和715nm波段具有较理想的波段指数值, 这些波段离散度大, 信息量丰富且波段间相关系数小, 因此这些波段是识别萝卜叶片的有效特征波段。