为提高研磨抛光加工表面质量, 利用Matlab软件编制程序对不同参数下轨迹曲线曲率进行计算分析。结果表明, 转速比对磨粒运动轨迹曲线曲率影响很大; 相同转速比下的曲线曲率呈现周期性变化, 曲率变化幅值很小; 磨粒径向距离越大, 曲率变化越剧烈, 工件边缘处容易产生曲率突变; 考虑到对磨粒径向距离的影响, 偏心距不宜太大或太小。同时, 磨粒初始角度对磨粒轨迹曲线曲率形状没有影响。该研究可为研磨抛光设备的设计提供理论指导。

在超薄薄膜的基础上, 基于时域有限差分法原理, 利用FDTD Solutions仿真软件分别研究了基于两种多层膜结构和一种金属光栅结构的磁光光子晶体法拉第旋光效应。研究表明, 多层膜结构的法拉第旋光效应增强原理为入射光在薄膜中心层的透射谱谐振, 而金属光栅周期结构的法拉第效应增强是通过金属光栅激发表面等离子体实现的; 在三种结构中, 金属光栅周期结构具有更广的法拉第偏转角增强域。进一步通过参数优化, 实现对金属光栅周期结构工作波长的可调节性研究, 为薄膜型磁光器件设计提供了理论依据。

为了满足生物类等样品对大工作距和高分辨率共焦显微镜的需求, 将分光瞳技术与激光共焦显微技术结合应用到成像系统上。阐述了激光分光瞳共焦显微成像原理, 首次成功搭建了相应的显微镜成像测量系统。理论分析和实验表明: 分光瞳共焦显微技术独特的非共轴结构使系统的轴向分辨力是相同数值孔径物镜单轴系统的3倍以上, 对理论高度为100nm的台阶样品进行成像测试, 得到的样品三维形貌, 成像质量良好。

线结构光视觉传感器的光条成像质量是判断摄像机曝光时间设置是否合适, 系统能否达到最佳测试精度的重要因素。从横截面近似高斯分布的光条出发, 综合考虑影响能量集中度的峰值灰度和光条宽度, 提出了一种基于加权能量集中度的光条像质量评价方法。光条图像和背景图像作差获取差分图像, 提取光条直线方程并根据法线方向旋转差分图像使得光条完全垂直于图像水平轴, 获取光条的截面灰度分布情况, 并计算加权能量集中度, 根据经验阈值判断光条成像的质量。实验表明, 随着曝光时间加大, 加权能量集中度在数值上先增大后减小, 因此通过阈值可以很好地评价光条成像质量。

为了解决跟踪漂移问题, 提出了一种利用黑洞原理改进的稀疏外观模型目标跟踪算法,用来提高目标跟踪的鲁棒性。利用黑洞原理从目标模板中搜索聚类中心来降低目标模板数量。通过学习分类器用于构造目标特征; 用黑洞原理获取模板字典表示目标; 采用高斯分布运动模型获取目标样本, 在贝叶斯框架下根据观测模型获取最优目标位置实现跟踪。不同视频序列被用于改进的稀疏外观模型跟踪算法和其他先进目标跟踪算法进行仿真实验。实验结果表明, 实现了目标跟踪的目的, 有效地降低了目标局部遮挡问题的影响, 提高了目标跟踪精度。

针对大视场双目相机标定中的精度低和非线性畸变问题, 提出了一种结合BP神经网络的大尺寸虚拟靶标标定技术。鉴于单角点棋盘格具有易制作、高精度的特性, 构建大尺寸虚拟靶标; 利用神经网络的非线性映射能力直接建立角点的像素坐标和世界坐标映射关系; 用建立的映射网络对测试样本进行三维重建, 并与传统的线性标定方法进行对比实验。结果表明, 该方法操作简单, 且重建距离相对误差为0.92%, 优于传统的线性标定方法, 可用于大视场双目相机标定。

提出了一种基于离散余弦变换与混沌随机相位掩模的图像加密方法。起密钥作用的两块混沌随机相位掩模由二维Ushiki混沌系统生成, Ushiki混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位掩模作为加解密过程中的密钥, 因此便于密钥管理和传输。通过对密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗噪声攻击及抗剪切攻击等分析表明, 图像加密方法具有较强的抵抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。

为了提高人体动作识别的准确率和实时性, 提出了一种基于关键帧的人体行为识别新方法。用Kinect提取人体骨架信息(各关节点的3D坐标), 将中心点(人体基准参考点)分别与其他各关节点作结构向量, 根据空间不变性选取中心向量, 计算各个结构向量和中心向量之间的夹角,并将夹角的角速度作为一种新的姿态描述特征, 利用AP (Affinity Propagation)聚类算法提取关键帧, 利用SVM将得到的关键帧进行动作序列的分类。在Cornell Activity Dataset-60 (CAD-60)数据库实验结果表明, 新方法具有良好的识别能力。

拉曼散射分析通常使用多谱线He-Ne激光器作为光源。通过建立多谱线He-Ne激光器腔内棱镜组件的有限元模型, 并进行热变形分析, 得到了棱镜组件的热变形位移结果。讨论了在棱镜角度改变时多谱线He-Ne激光器输出谱线的变化情况, 通过实验进一步验证了仿真结果的准确性。结果表明: 多谱线He-Ne激光器长时间工作会使温度升高, 严重影响其腔内棱镜的偏转角度, 使得其输出谱线发生一定的漂移。当腔内温度继续升高到一定值时会导致激光器不出光, 此时, 应当采取散热装置或者温度控制措施。

报道了一种基于飞秒激光加工的微纳高温振动传感器。通过熔接形成单模光纤-空芯光纤-单模光纤的结构, 利用单模光纤和空芯光纤在熔接面形成的菲涅尔反射, 构成外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)。用飞秒激光烧蚀空芯光纤, 形成悬臂梁结构。末端的单模光纤作为质量块, 在受到振动时带动悬臂梁振动, 使悬臂梁产生微弯, 进而使EFPI腔长发生变化。实验结果表明, 传感器的工作区域为20~300Hz, 在100Hz时, 0~3.01g范围内测得加速度分辨率为5×10-4g, 加速度响应灵敏度为129.6nm/g。传感器受温度影响小, 腔长的温度交叉响应仅为0.225nm/℃, 传感器可耐950℃高温冲击。

针对数码迷彩图案拼接时出现的接缝,导致形成伪装目标新的暴露特征的问题, 提出了一种新的适用于数码迷彩图案的拼接算法。利用位置权重模板的移动, 在迷彩图案的左右边缘拼合处添加一列或多列迷彩斑块, 使得迷彩图案平滑过渡。实验采用边缘检测算子和峰值信噪比分别对拼接算法进行了定性和定量的效果验证。结果表明, 提出的迷彩拼接方法可以有效地降低迷彩在拼接时出现的暴露特征, 达到与原迷彩图案自然衔接的效果。

基于现有的LED植物光源在植物培育中光照不均匀的问题, 对目前的植物工厂中使用较为广泛的红、蓝LED阵列型光源进行优化设计。通过对比四种不同的LED阵列排布方式, 采用9点法进行PPFD值的测量和光谱的测量, 进一步观察平面上光量子通量密度的均匀性和光谱分布的均匀性, 进而寻求效果较好的LED阵列排布方式。结果表明: 红蓝LED芯片交差分布和阵列行列交错分布的排列方式有利于提高光源阵列光谱的均一性。

采用基于平衡光学互相关的超快激光绝对距离测量方法对大气中一段15m的空间距离进行了测量。仿真了不同脉冲宽度、不同光强损耗对平衡互相关信号的影响, 理论分析表明脉宽展宽对平衡互相关信号影响较大。采用中心波长为1037nm、重复频率为260MHz的超快激光器光源, 搭建了测距系统。实验验证了在脉宽分别为1.44ps、132fs时, 对平衡互相关信号的影响, 实验结果符合理论分析。研究了不同脉冲宽度对测量分辨力的影响, 结果显示, 采样时间为5ms, 脉宽为1.44ps, 测量分辨力不低于50μm; 而当脉宽为132fs时, 测量分辨力优于5μm。

针对单幅图像去雾算法容易产生光晕现象且去雾后图像细节不突出的问题, 提出了一种基于各向异性扩散的去雾算法.首先在基于像素的暗通道先验假设的基础上计算出初始大气传输函数, 使用Perona-Malik偏微分方程模型求解出精细化的大气传输函数, 再经过最小值校正, 最终得到准确的大气传输函数。为了估计大气光, 对基于像素的亮通道图像进行像素排序, 从中选取出可靠的大气光向量。实验结果表明,提出的算法能够恢复更多的图像细节, 同时有效地抑制了光晕现象。

针对不完全性骨折的CT图像损伤位置不易明确定位的问题, 提出了一种基于数学形态学的裂痕定位算法。为了从CT图像中获得准确的骨质区域, 在CIE Lab均匀色彩空间对原始图像进行双边滤波去噪, 利用最大类间方差法计算出最佳阈值, 从而分离出骨质区域, 采用数学形态学中的黑帽运算结合Canny 边缘检测算子对裂痕位置进行精确定位。实验结果表明,能够自动提取并定位不完全性骨折CT图像的裂痕区域。算法易于实现, 具有较强的鲁棒性和实用性, 方便了医学影像诊断。

在考察多种二值图像连通区域标记方法的基础上, 提出了一种新的基于图像填充和游程码的二值图像孔洞连通域的标记和表达方法。对二值图像进行一次扫描, 得到所有可能构成孔洞的游程码, 并将游程对应的区域基于特定标记值进行填充。通过判断每个游程与图像上一行像素点标记值的对应关系完成新连通域的建立、游程数据存储和连通区域的合并, 判断每个游程与图像下一行像素点标记值的对应关系完成孔洞的筛选。由于仅需扫描图像一次, 且对每个游程只须进行单独处理, 标记算法的效率较高、复杂度较低。结果表明, 可以快速有效地完成二值图像孔洞连通域的标记。同时, 它还给出孔洞之间的包含关系, 能够有效地实现二值图像的拓扑结构表达。

快速傅里叶变换(FFT)是主要的激光多普勒测速系统信号处理方法, 由于受到频谱泄露和栅栏效应的影响, 其处理精度并不理想。基于Nuttall窗三谱线插值法的激光多普勒信号处理方法就是一种好的处理方法, 它可以有效地抑制频谱泄漏和栅栏效应, 改善信号分析精度, 提高速度测量精度。由于Nuttall四项余弦窗的能量集中在主瓣, 旁瓣非常小, 因此加Nuttall四项余弦窗的FFT三谱线插值算法能够极大地减小频谱泄漏的影响, 谱间干扰也很小, 能很好地减小频谱泄漏和栅栏效应。

为提高步态识别准确率, 提出了基于空-频域特征和线性判别分析的视频步态识别方法。利用离散余弦变换、Contourlet变换分别提取步态能量图的频率特征和多尺度多方向轮廓特征; 融合得到空-频域特征, 并通过线性判别分析映射到最佳鉴别矢量空间; 根据相似性距离实现身份识别。在中科院自动化所提供的数据库中进行实验, 结果表明, 提出的特征提取方法优于现有常用方法。空-频域特征能够有效地区分步态中的高低频分量,并捕捉丰富的细节信息, 线性判别分析在降维的同时进一步增强特征的判别能力, 有助于提高识别精度。

为实现电力设备红外图像中目标设备图像的分割, 对传统区域生长法需要人工选择初始种子点, 以及易产生过分割与欠分割的不足提出了改进, 将红外图像中邻域均值最大的像素点作为种子点, 实现种子点的自动选取。提出了使用Sobel算子计算梯度幅值作为附加限定条件的生长准则。改进的区域生长法的分割效果比传统的区域生长法效果更好。