水体的散射效应、激光光斑、成像器件的非理想化等因素使得图像出现大量无规律粒状噪声, 它们增加了水下距离选通图像的背景噪声, 模糊了目标轮廓, 掩盖了目标细节, 降低了图像的信噪比。针对上述问题本文提出了一种基于梯度和小波变换的去噪方法。首先对图像进行余弦小波变换, 得到不同频率空间的图像集。低频空间引入新的图像梯度强化方法以提高图像的纹理信息量; 对应非均匀性条带的LH或HL空间做曲面拟合处理以消除非均匀性条带的影响; 在HH空间去噪过程中, 低层空间做非局部均值处理以保留图像相似信息, 高层空间做分数阶积分处理以保留图像细节信息。最后小波逆变换得到结果图像。从实验水槽中采集水下图像进行算法验证, 将改进方法与已有算法比对分析。实验表明, 本文所研究的水下去噪算法, 能够平滑噪声且更大限度地保留图像细节纹理, 在客观评价指标上提升了6%。

垂直视差的存在是影响立体视频观视舒适度的主要因素。为了在不影响水平视差的条件下实现对垂直视差的消减, 本文引入Levenberg-Marquardt(L-M)非线性算法实现变换矩阵的精确求解。首先用抗缩放、旋转及仿射变换的SIFT(Scale-invariant feature transform)特征匹配算法检测出双目图像对的特征匹配点, 然后根据匹配点的坐标位置运用L-M算法计算可消减垂直视差的变换矩阵, 将变换矩阵作用于目标图像, 计算出该视图每个像素点的新坐标位置。实验结果表明: 与利用线性算法求解二维射影变换矩阵的垂直视差消减方法相比, 本文提出的求解方法在垂直视差消减上比该算法提高了约0029 1～0323 2个像素, 对水平视差的影响比该算法降低了约0118 7～1139 1个像素。因此本文提出的方法对垂直视差的消减起到了优化作用。

为解决低对比度、低信噪比、目标旋转、缩放等非理想状态给跟踪算法的研究带来的诸多困难,本文提出灰度图像多特征融合目标跟踪算法, 保证在满足工程实践需要的条件下, 能够对目标进行稳定的跟踪。算法首先对灰度图像利用Sobel算子求出梯度特征, 将X、Y双方向的梯度特征与灰度特征相融合得到新特征, 新特征在核密度函数下对低对比度, 目标轮廓形状变化较大的情况有较高的适应性和稳定性, 再利用背景建模的方法对提取的运动目标区域进行加权, 降低非跟踪目标的权值, 最后对融合后的加权特征目标利用改进MeanShift算法进行跟踪。通过大量的实验表明, 该算法适应目标和背景的复杂变化,并且具有较强的鲁棒性, 基本满足在复杂背景灰度图像下目标跟踪的工程实际需求。

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸, 通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系, 因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化, 据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明: FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和1298 pm/℃, 而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为19646 nm/RIU和1093 pm/℃。因此, 根据双参数传感矩阵, 该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。

采用3D打印激光熔化技术制备了多孔镍基合金, 并对其显微组织构成和压缩力学性能进行了分析。研究结果表明, 采用3D打印激光熔化技术制备的多孔镍合金, 孔隙率为1468%~1897%、抗压强度为461~535 MPa, 其微观组织主要呈现γ-Ni枝晶, 压缩断口为撕裂式枝晶断裂。

为提高跟踪测量系统对暗弱目标的探测能力, 设计一套自动化激光主动照明光学系统, 对跟踪测量视场范围进行主动辅助照明。该系统在02~5 km距离处的照明直径均为10 m, 计算出其在-20 ℃及+45 ℃的温度调焦量, 照明仿真结果表明系统照明不均匀性＜15%。通过研究系统像差对照明均匀性的影响, 以及对设计的调光组进行分析, 得到调光组移动量与照明距离之间的理论关系, 表明自动调节调光组位置即可实现不同照明距离处的均匀照明。设计和分析结果表明, 该主动照明系统能够自动调节调光组位置, 实现跟踪测量视场内的均匀照明, 有利于跟踪测量系统对于暗弱目标的探测。

针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求, 设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上, 给出了激光3D成像光学系统结构框图: 激光经衍射元件实现分束照明, 采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像, 根据激光测距方程, 确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰, 设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后, 采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光, 降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明: 接收光学系统弥散斑直径小于120 μm, 畸变小于02%。该光学系统体积小、重量轻, 成像质量良好, 可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。

本文采用离子束溅射方法制备GdF3薄膜, 并研究其沉积速率分布特征。首先, 采用膜厚仪测量得出GdF3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图, 通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次, 分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后, 以二维沉积速率分布公式为基础, 通过计算机编程设计均匀性挡板, 并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明, 沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布, 在竖直方向上满足标准Gauss分布, 拟合公式残差为205×10-6。改变离子源的束流和束压, 沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大, Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大, 峰值位置xc逐渐增大, 在θ=292°时, GdF3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验, 可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为979%。

本文提出一种高精度非回转对称非球面加工方法。首先, 通过范成法铣磨出非回转对称非球面的最佳拟合球; 然后, 利用古典抛光修正小磨头确定抛光难以修正的中频误差; 最后, 利用高精度气囊抛光设备(IRP)精确对位精修面形, 在不引入额外中频误差条件下, 通过高精度对位检测技术实现非回转对称非球面高精度加工。将该方法应用于定点曲率半径为970737 mm、k=-1、口径为106 mm三次非球面加工, 降低了加工难度, 提高了加工精度, 面形误差收敛到1/30λ(RMS)。实验结果验证了本文加工方法的正确性和可行性, 对高精度非回转对称非球面加工具有一定的指导意义。

为实现从单站光测图像中估计出已知3D模型的空间目标姿态,利用Vega Prime提出了一种采用仿真图像进行相关度局部最优搜索的姿态估计方法, 该方法无需建立2D-3D特征投影关系和大量的模型匹配库。首先, 对输入图像进行图像预处理, 获得目标原始图像。然后, 利用Vega Prime加载目标3D模型生成仿真匹配图像, 并进行图像预处理获得目标匹配图像,计算两幅图像相关度。最后, 更新3D目标模型姿态, 直至仿真匹配图像与目标原始图像的相关度值取得局部最优, 输出目标模型姿态。仿真实验结果表明, 采用本文所提方法的观测仿真图像姿态平均估计误差为385°,仿真原图可实现姿态准确估计, 表明该方法是一种空间目标姿态估计的有效方法。

由于SU-8光刻胶的内应力将会影响高深宽比结构的全金属光栅的制作质量, 本文针对近年来SU-8光刻胶应力测量困难的情况, 提出了一种基于激光剪切散斑干涉技术的SU-8光刻胶应变分布测量的新方法。该方法通过对被测胶体加载前后两幅干涉图像的处理, 直接得到被测胶体结构的全场应变分布情况, 由胶体的应变变形数据即可反映出内应力的变化和分布趋势。同时使用ANSYS有限元分析软件对同一被测胶体进行应变仿真模拟研究, 获得胶体结构的变形场仿真数据。组建了实验系统, 进行了实验验证, 结果表明: 实际测量变形量约为1189 μm, 仿真的最大变形量为1088 μm, 测量误差在允许范围内, 且测量的形变趋势与仿真模拟结果相一致, 表明激光剪切散斑干涉技术可应用于SU-8光刻胶的应变分布全场无损检测。

为提高某中波红外探测器的图像质量, 设计了基于FPGA的红外图像实时处理系统, 系统能够完成实时的非均匀性校正与盲元补偿处理。介绍了目前常用的非均匀性校正、盲元识别和补偿算法, 并结合实际工程需求采用多点法进行非均匀性校正以及8点平均法进行盲元补偿。在仿真实验成功的基础上, 基于FPGA平台构建了硬件平台。系统可以实现系数自定义更新, 可以手动或自动完成非均匀性较正系数计算, 以及实现盲元列表的自动更新操作。利用某国产中波红外探测器对处理系统进行了测试试验, 实验结果表明: 校正后图像非均匀性＜03%, 盲元率＜0001%。系统工作稳定、可靠, 图像处理满足实时性和精度要求。