为了提高鬼成像的速度, 提出了基于阈值分割的并行压缩差分鬼成像方法。首先通过设置合理的阈值筛选出涨落较为明显的数据进行采样; 然后再通过并行分块降低图像维度, 提高整体运算速度; 最后通过压缩感知重构算法重构图像。通过对图“BUAA”的半物理仿真以及透射物体“光”的实验结果表明, 与普通的二阶赝热光关联成像相比, 该方法能以更少的采样次数和运行时间重构图像, 可提升成像信噪比。

通过研究建筑物结构中点、线基本结构模型, 构建了相应的基本结构模型库。为了验证该模型库的有效性, 利用模型库产生的仿真数据构造训练数据实现了一种在K-SVD框架下的建筑物屋顶LiDAR点云数据去噪方法。实验结果表明, 所构建的建筑物模型库对建筑物点云数据具有非常好的表示能力, 能够有效地应用于点云数据的去噪。

视网膜血管分割在眼底图像分析中具有重要作用。结合多尺度Hessian矩阵滤波和线检测算子, 提出了一种有效的血管检测方法。首先利用多尺度Hessian矩阵的特征值构建血管相似性函数, 实现血管增强; 然后采用改进的线检测算子, 提取反映血管测度的特征;最后采用SVM实现血管检测。实验结果表明, 该方法只需要较少的训练样本即可达到与其他方法相当的准确率, 且在灵敏性上具有更好的性能。

建立了齿圈局部故障调频现象模型, 分析了故障轮齿啮合频率及其倍频两侧边频带的产生机理, 给出了齿圈局部故障特征频率的计算公式, 建立了倒频谱分析模型。采用激光自混合传感器, 分别从径向和轴向两个方向采集齿轮箱振动信号波形。在齿轮箱1Hz和2Hz两种不同输出转频下, 分别研究了无故障齿轮箱和故障齿轮箱的振动信号特征。通过实验研究验证了理论推导结果。

利用单波长激光通过扬尘空间发生散射消光衰减的特性, 设计了开放光程的颗粒物浓度检测方法及系统。该方法利用双峰正态分布模型模拟颗粒物粒径分布, 实时计算一定空间范围内的扬尘颗粒物浓度, 具有响应速度快、测量动态范围宽的优点, 适合浓度高、变化快、空间范围大的扬尘颗粒物浓度测量。通过水溶胶模拟实验与烟尘实验验证了该方法的可行性。实验数据表明, 系统量程可达0~400mg/m3, 分辨率为0.05mg/m3, 响应时间小于1 s。

对于三维光弹模型, 次主应力及其方向沿入射光连续变化, 根据光学等效的原理, 可以将三维光弹模型等效为一个包含线性相位延迟器和旋光器的光学模型。在集成光弹法中, 对于每一个测量点, 研究者必需通过实验获取三个特征参数。提出了一种用于确定集成光弹中全场特征相位差的五步相移法, 给出了偏振光场中元器件的设置方法, 并运用Jones算子推导出相移法得出的光强公式。最后使用斜射法对径向受压圆盘进行实验, 验证了方法的有效性。

设计并实现了一种基于可编程单片式系统(SOPC)开发平台的光信号数据采集解调系统。通过现场可编程门阵列(FPGA)设计完成了光信号数据的采集、解调以及FLASH数据的实时存储和TCP/IP数据的实时传输。通过系统测试, 验证了该系统具有工作性能稳定、功能完备、实时性高、适用范围广、可裁剪、可扩展等优点, 在激光测试、光电信号处理等领域具有广泛的应用价值。

变压器绕组热点温度的在线实时监测对变压器的安全运行和工作寿命具有重要意义。通过ANSYS有限元分析, 仿真得到绕组的热点位置和温升范围。将一种以聚四氟乙烯材料作底板的FBG传感器通过匝间的垫片安装于绕组的热点位置, 通过光栅窄带滤波反射后, 解调拟合出光波长, 通过数学模型计算得到热点温度。采集数据显示, 测得的绕组热点温度为143.2℃, 通过与仿真结果333.4K对比, 能够及时在线地反映出绕组的热点温度, 可为变压器的安全运行提供重要的参考数据。

清晰度评价函数是自动聚焦技术的核心部分, 性能良好的聚焦曲线应该具有单峰性、无偏性、高灵敏度和抗噪性。通过将梯度差分与统计相关结合使用, 提出了一种用邻域互相关对每个像素的梯度值进行加权的算法, 并设定阈值去除贡献小的像素点。实验中使用定量指标对所提算法、一些传统算法以及一种梯度阈值算法的性能进行了评估。结果表明, 所提算法在灵敏度和抗噪性方面效果较优。

采用埋入式光纤Bragg光栅温度传感器, 实现了对干式空心电抗器固化过程中各包封层的温度监测。在制作过程中, 将温度传感器埋在干式空心电抗器导线外包封表面, 连接光纤从电抗器上沿引出。电抗器绕线与包封完成后放入干燥室内固化, 监测电抗器各包封层在固化过程中的温度变化。通过监测得到了电抗器各包封温度变化的曲线图, 当炉温示值稳定在140℃时, 各包封温度低于预期, 分布在105～125℃之间, 且由外向内逐渐降低。通过对干式空心电抗器固化过程中的温度进行监测, 可实时了解并改进干燥固化过程中出现的问题, 对保证电抗器的质量及安全具有重要意义。

为了考察高光谱技术对海洋溢油种类的鉴别能力, 进行了模拟溢油实验。利用紫外三种波长光源(254nm、302nm、365nm)和可见光两种光源(日光灯和阳光)照射海水上的油墨, 使用AvaSpec-2048地物光谱仪采集5个油种(汽油、柴油、煤油、机油、花生油)的高光谱数据(200～1160nm), 基于这些数据, 通过PCA进行特征优化, 使用前10个主分量构建了支持向量机的油种识别模型, 使用网格法对支持向量机参数C和gamma进行参数寻优, 通过5折交叉验证法进行了结果测试。结果表明, 阳光下的光谱识别率最高, 日光灯下的识别效果最差, 三种紫外灯在波长302nm透射下识别率较高, 在254nm和365nm下的识别效果相当。由此可见, 在油种鉴别过程中光源的类型、照射方式、光强都会影响到油种的识别效果。

杜兴氏肌营养不良(DMD)是一种严重的儿童腿部神经肌肉罕见病。传统的诊断和检测方案一般为有创手段, 会带给患儿极大的痛苦。基于受试者的磁共振图像(MRI), 采用计算机辅助检测手段探索了有效的无创检测方法。实验分别选用sym4和db4两种小波基函数, 对患儿组和健康对照组的MRI进行三种尺度的小波分解, 从所得的分解图像中提取12个纹理特征参数, 并利用人工神经网络(ANN)算法对图像参数进行分类识别。结果显示: 在受试者的两类MRI加权图像(T1和T2)中, T1图像能更好地区分患儿与健康儿童; 利用db4函数对图像进行小波分解, 其效果略优于sym4函数, 且在三种小波分解尺度中, 以二层分解最优; 利用ANN算法对图像进行分类识别, 其灵敏度、特异度和准确率分别高达98.5%、97.3%和97.9%。该处理方法有望为临床提供客观有效的辅助诊断手段, 可作为DMD疾病无创检测的尝试探索。

研制了滤光轮分光的近红外彩色成像系统。针对一款光谱响应延伸至近红外波段的CMOS大面阵黑白摄像机, 设计加工了大小适合的滤光轮和与光谱匹配的滤光片。根据滤光轮载荷选择了微型电机, 并采用由时间同步装置产生的脉冲信号触发滤光轮的转停; 采用基于灰度世界理论的RGB融合算法形成彩色图像。室内外的成像实验表明: 该系统实现了近红外波段的彩色成像, 尤其是夜天光中的近红外辐射, 使夜间拍摄的图像亮度得到了明显的提升。

考虑到人眼视觉关注特性在视频质量评价(VQA)中所具有的重要作用, 提出了一种结合人眼视觉关注特性的视频质量评价方法。首先利用三维Sobel算子以及恰可察觉失真模型得到全局显著图, 对全局显著图的每个显著像素点构建结构张量来求取一帧的全局质量; 然后利用视频运动信息以及人眼中心关注特性求得局部显著图来进行感知加权, 得到一帧的局部质量; 最后均衡局部与全局质量得到视频中一帧的质量,并采用机器学习的方法获得时域加权模型, 对视频帧进行加权, 从而得到客观视频质量评价值。在LIVE视频数据库上进行性能测试, 得到PLCC(Pearson Linear Correlation Coefficient)为0.827, SROCC(Spearman Rank Order Correlation Coefficient)为0.802, 与已有相关算法相比, 所提出的VQA方法的评价结果更接近人眼的主观感知。

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像是遥感目标检测与分割等研究的重要数据源。提出了一种渐进核图割分割方法, 该方法通过迭代进行二类聚类分割, 自动实现合成孔径雷达SAR图像中多目标的分割。实验结果表明, 该方法能够有效地实现复杂场景SAR图像的多目标分割。

引入生物显微镜用于探测病理切片离焦量。针对反射光斑内部纹理缺陷、畸变严重的特殊情况, 通过自适应中值滤波、基于Ostu算法的Canny边缘检测(去除非圆弧边缘部分)、畸变校正、最小二乘法拟合非完整圆等算法, 直接计算光斑半径大小及离焦方向, 建立光斑半径与离焦量的线性关系模型。实验结果表明, 与传统的灰度重心法相比, 离焦量计算方法抗噪性强、稳定性高, 可大幅度地提高线性关系模型的范围及光斑半径、圆心位置的准确度。

根据激光光源的特点, 设计了一种基于蓝色半导体激光器的汽车远光灯系统。采用以Monge-Ampere方程为基础的自由曲面透镜设计, 解决了激光光源能量密度高、发光面积小的问题; 依据非成像光学理论, 建立了透镜表面与目标面的映射关系; 通过求解Monge-Ampere方程得出自由曲面上的坐标点, 拟合坐标点得到自由曲面透镜模型; 采用光学软件Tracepro进行了仿真分析。结果表明: 照度最大值值为119.3lx, 中心点照度为117.6lx, 完全符合GB25991-2010标准, 且光型分布均匀。

为了增强水印的不可见性和鲁棒性, 提出了一种基于图像特征区域的水印算法。首先利用SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法从载体图像蓝色B通道中提取图像特征点来进行优化和筛选, 根据优化后的稳定特征点及其特征尺度确定图像的特征区域, 再结合全息技术, 对原始水印图像进行双随机相位加密, 生成加密全息水印; 然后对特征区域进行离散余弦变换(DCT); 最后在其中频区域嵌入加密全息水印。在提取水印时无须借助原始图像, 是盲水印技术。实验结果表明: 该算法重建的水印图像与原始水印图像的NC值高达0.95; 水印的嵌入对图像质量影响很小, PSNR值高达55.97, 能够抵抗常规信号攻击及缩放、剪切、平移等几何攻击。

研究了复杂背景环境下抗遮挡和抗干扰的目标检测跟踪技术。提出了基于轨迹预测关联的红外/可见光混合决策检测跟踪算法, 开发了基于VPX总线架构的FPGA+DSP硬件模块和关键软件模块。结果表明, 该方法综合利用红外与可见光两种图像的优势信息检测跟踪同一目标, 能够有效地解决目标检测跟踪过程中抗遮挡和抗干扰的问题。

基于由光子晶体光纤飞秒激光器产生的高重复频率飞秒激光搭建了飞秒激光微加工系统, 利用LabVIEW编写程序精密控制三维移动平台的移动路径和高速快门, 在加工功率为1.5W、移动速率为1mm/s时, 利用直写技术在无胶铬版上得到了微米量级的任意形状的平面衍射光栅。利用CCD相机对光栅制备过程进行实时监视, 保证了光栅的加工质量。制备的光栅在显微镜下观察, 条纹边缘清晰、线纹粗细均匀。使用He-Ne激光照射加工的光栅, 可以获得清晰、稳定、与理论符合很好的夫琅和费(Frauhofer)衍射图样, 显示了所加工的光栅具有良好的光学性能。实验结果也表明了光子晶体光纤飞秒激光在光栅制作过程中所具备的良好的加工性能。