一种新的闪光照相CCD图像的扩散滤波方法

为了提高闪光CCD图像质量,提出了基于偏微分方程（partial differential equation, PDE）的智能中值-非线性扩散滤波(intelligent median-nonlinear diffusion filtering, IMNDF)方法,充分发挥了智能中值滤波和非线性扩散滤波的优势。数值实验结果证明,该方法对于两类最具代表性的噪声（高斯和脉冲）的混合问题有很好的消噪效果,其信噪比改善因子（promotion of signal-to-noise ratio, PSNR）较传统方法提高了3~5倍。对闪光照相CCD图像取得了很好的消噪声结果。     

闪光照相图像光电接收系统的设计

在讨论数字图像信息几个概念的基础上，分析了闪光照相图像的基本特征和对图像接收系统的基本要求。介绍图像光电接收系统的组成和它们的功能。分析了各环节的噪声，建立了理想成像上图像光电接收系统的设计方程，说明图像接收繁育民照相系统参数和样品照相测试要求之间的关系，文中还引用信息论的观点，分析了模糊图像的接收问题，认为图像模糊的结果是图像对比度下降，从而需要更细小的分辨等级 是需要更高的信噪比才能记录。据此     

耦合GPU与PCG的EFG法并行计算及应用研究

针对迭代法求解无网格Galerkin法中线性方程组收敛速度慢的问题,提出了一种耦合GPU和预处理共轭梯度法的无网格Galerkin法并行算法,在对其总体刚度矩阵、总体惩罚刚度矩阵进行并行联合组装的同时即可得到对角预处理共轭矩阵,有效地节省了GPU的存储空间和计算时间;通过采用四面体积分背景网格,提高了所提算法对三维复杂几何形状问题的适应性。通过2个三维算例验证了所提算法的可行性,且预处理共轭梯度法与共轭梯度法相比,其迭代次数最大可减少1686倍,最大的迭代时间可节省1003倍;同时探讨了加速比与线程数和节点个数之间的关系,当线程数为64时其加速比可达到最大,且预处理共轭梯度法的加速比与共轭梯度法相比可增大4.5倍,预处理共轭梯度法的加速比最大达到了88.5倍。     

闪光X射线照相系统调制传递函数测量

简要叙述了闪光Ｘ射线照相系统调制传递函数、线扩展函数及点扩展函数的测量方法。用针孔照相、台阶样品和矩形波光栅成像了闪光辐射照相系统的点扩展函数、线扩展函数及调制传递函数。这些特征地成像系统成像性能的定量认识、照相条件的最佳选择、照相 事前预估、模糊图像的事后处理都有很重要的实用价值。     

概率功能度量求解的共轭梯度步长调节法

功能度量法(PMA)由于其稳定高效的特点,适用于概率结构优化设计中概率约束的评定。PMA中改进均值法常用于求解概率功能度量,针对其求解高度非线性功能函数时出现周期振荡和混沌等不收敛现象,提出了一种新的共轭梯度步长调节法(CGS)。该方法基于RMIL共轭搜索方向和自适应步长调节策略提出,新的共轭搜索方向在保证收敛性的前提下加速了迭代进程,而自适应步长调节策略无需了解功能函数凹凸性及非线性程度等先验信息,无需确定步长的合适取值。通过限定步长准则自动选取初始步长,并随迭代过程不断调节,直至最终收敛。多个算例表明,与其他求解方法相比,本文的共轭梯度步长调节法更加高效且稳健。     

计算最优控制辛数值方法

针对最优控制问题（OCP）的辛数值方法研究及应用进行综述。主要涉及内容包括,动力学系统为常微分方程描述的一般无约束、含不等式约束和状态时滞的最优控制问题,微分代数方程描述的一般无约束、含不等式约束和含切换系统的最优控制问题,以及闭环最优控制问题。从间接法和直接法两个求解框架出发,重点介绍本课题组在保辛算法方面的研究工作。在间接法框架下,首先基于生成函数和变分原理,将OCP保辛离散为非线性方程组,再数值求解方程组。在直接法框架下,将OCP保辛离散为有限维的非线性规划问题（NLP）,再数值求解。针对闭环最优控制问题,提出了保辛模型预测控制、滚动时域估计和瞬时最优控制算法。研究表明,保辛算法具有高精度和高效率的特点,在航空航天和机器人等领域有着广泛应用前景和价值。     

固体结构大规模矩阵正定性判定的快速算法

对于结构稳定性分析中超大规模矩阵正定性判定,必须采用并行计算方法,传统方法如计算特征值、主子式行列式及LDLT等直接方法难以实现.本文提出了一些可适用于并行的迭代判定算法.借鉴力学系统中能量下降的思想,发展了一种判定矩阵正定性的新思路,即将矩阵的正定性判定问题转化为一个优化问题,并基于优化算法来判定矩阵的正定性.提出了基于最速下降法和共轭梯度法来进行矩阵正定性判定的算法.然后考虑到力学系统刚度矩阵的稀疏性和结构刚失稳状态的弱非正定性,提出可以先截超平面后解方程求驻值点的方法来判定弱非正定矩阵的正定性.为了保证对强非正定矩阵判定的准确性,本文提出可以高效混杂使用截平面法和共轭梯度法.数值实验结果表明,本文提出的算法具有准确性和高效性.对于强非正定矩阵而言,共轭梯度算法更加高效;而对于弱非正定矩阵,则是截平面法和混杂算法更加高效.这些算法都容易在机群上实现并行计算,能够快速判定大规模矩阵的正定性.     

FAST ALGORITHMS FOR DETERMINING POSITIVE DEFINITENESS OF LARGE SCALE MATRICES IN SOLID STRUCTURE ANALYSIS

对于结构稳定性分析中超大规模矩阵正定性判定,必须采用并行计算方法,传统方法如计算特征值、主子式行列式及LDLT等直接方法难以实现.本文提出了一些可适用于并行的迭代判定算法.借鉴力学系统中能量下降的思想,发展了一种判定矩阵正定性的新思路,即将矩阵的正定性判定问题转化为一个优化问题,并基于优化算法来判定矩阵的正定性.提出了基于最速下降法和共轭梯度法来进行矩阵正定性判定的算法.然后考虑到力学系统刚度矩阵的稀疏性和结构刚失稳状态的弱非正定性,提出可以先截超平面后解方程求驻值点的方法来判定弱非正定矩阵的正定性.为了保证对强非正定矩阵判定的准确性,本文提出可以高效混杂使用截平面法和共轭梯度法.数值实验结果表明,本文提出的算法具有准确性和高效性.对于强非正定矩阵而言,共轭梯度算法更加高效;而对于弱非正定矩阵,则是截平面法和混杂算法更加高效.这些算法都容易在机群上实现并行计算,能够快速判定大规模矩阵的正定性.     

基于可见光与红外图像特征融合的目标跟踪

针对单一图像源下目标跟踪精度不高的问题,利用跟踪状态下的目标存在于可见光与红外图像中的特征对连续自适应均值移动跟踪算法做出改进。首先选取可见光图像的“颜色梯度背投影”作为改进的目标模型,选取红外图像的“灰度梯度背投影”作为改进的目标模型;然后根据可见光序列图像和红外序列图像各自进行连续自适应均值移动跟踪算法得到的对应的qi系数判定两种图像跟踪的效果,对两种图像的权重进行自适应调整,得到这两种图像的特征级融合图像和跟踪结果。实验结果表明,对于320像素×240像素的可见光和红外图像,基于可见光与红外图像特征融合的目标跟踪算法在复杂背景下能够较准确的跟踪目标,目标跟踪精度为0.5像素,跟踪速度为30~32 ms/帧。     

一种基于视觉二维码/惯性融合的室内高精度定位定姿方法

当前基于视觉二维码的定位定姿方法依赖连续清晰的图像,当图像出现丢失或模糊现象时,性能难以保证。针对这一问题,提出了一种基于视觉二维码/惯性融合的室内高精度定位定姿方法,具有成本低、灵活和便携的特点。所提方法以捷联惯导算法为核心,通过拍摄预先布设且坐标已知的二维码（ArUco码）获得高精度的位置修正信息,并使用扩展卡尔曼滤波进行信息紧耦合。采用反向平滑算法融合二维码观测信息提升定位定姿精度,结合惯性的位姿推算能够有效地应对摄像头短暂遮挡或图像模糊等问题,提升系统的鲁棒性。实验结果表明,视觉观测出现中断时,所提方法也能够连续可靠地实现3.2 cm(RMS)的定位精度,并达到与参考系统的定姿差异优于0.1°（RMS）。     

基于支持向量机的序列可靠性优化方法

在工程设计中,可靠性优化设计通常计算量较大或精度不够。本文提出了一种基于支持向量机（Support Vector Machine）和MPP（Most Probable Point）的可靠性分析方法。用SVM 在MPP处替代原极限状态函数,并利用极限状态函数的梯度信息,使SVM模型穿过M PP并与原函数相切,再基于SVM采用重要抽样法计算失效概率。然后,将SORA（Sequential Optimization and Reliability Assessment ）与基于SVM 的可靠性分析方法相集成,将传统的双循环可靠性优化算法解耦为单循环,并通过基于SVM 的可靠性分析方法修正了SORA中由于线性近似带来的误差,保证了最优设计点处可靠性分析的精度。算例证明,该方法在处理非线性问题时具有精确度高和计算量适度的特点。     

复杂环境下基于自适应极线约束的AGV视觉SLAM算法

针对传统视觉同步定位与地图构建（SLAM）算法不能有效处理复杂环境中的动态及潜在动态目标而影响定位与建图性能的问题,提出一种基于Mask R-CNN神经网络以及ORB-SLAM3算法改进的视觉SLAM方法。针对动态目标,提出一种基于语义信息的运动一致性检验算法,使用自适应阈值的极线约束方法实现图像中动态特征点的精确剔除;针对潜在动态目标,提出一种改进的长期数据关联方法,通过增大关键帧选取密度及优化关键帧中的潜在动态目标信息,对算法的回环优化和地图融合过程进行改进,提高回环优化效果与地图复用性。在TUM数据集和真实场景中进行验证,实验结果表明与ORB-SLAM3算法相比,采用TUM数据集在低动态场景和高动态场景中的绝对轨迹均方根误差分别减小8.5%和65.6%;在真实场景下测试,所提算法的定位精度提高了62.5%。     

基于结构低秩编码的复杂环境红外弱小目标检测算法

针对复杂环境红外弱小目标检测难的问题,依据背景慢变特性,提出了一种将背景优化和低秩表达相结合的结构低秩编码小目标检测算法。首先,利用梯度0l范数约束提取背景中梯度较大的成分,保留灰度快变结构,同时平滑慢变结构,对背景进行优化;其次,使用核函数刻画背景图像块之间的低秩特性,用秩描述背景的主要结构并进行建模;最后,分解得到的误差矩阵具有稀疏性,主要包含快变的小目标结构,通过稀疏矩阵1,2l范数定位红外弱小目标。实验结果表明,结构低秩编码检测算法能够有效发掘复杂背景图像块之间的关系,抑制杂波干扰,在虚警为2时,最低检测率为92%。提高了复杂环境下红外弱小目标的检测性能,基本能满足实际应用要求。     

闪光照相光源尺寸和分布特性的确定

简述了一般光学的光学传函数（ＯＴＦ）理论。将此理论中的调制传递函数（ＭＴＦ）概念引用到由刃边作为客体的闪光照相系统，确定不同分布类型的面源－刃边系统的ＭＴＦ，从而确定各种分布下的等效尺寸。对实际的闪光照相情况，利用刃边作为客体，可以间接测量出ＭＴＦ的实际分布，从而求出光源等效尺寸，并用不同份额的ＧＳ分布和ＢＮＴ分布的组合来表征光源的分布特性。     

冲击接触问题增广 Lagrangian 双共轭梯度法

为避免动力接触问题罚函数法由于满足表面接触条件所带来的数值解的振荡,及常规Ｌａｇｒａｎｇｉｎａ乘子法与显式积分算法不相容的缺陷,本文发展了一个既与显式积分算法相容,又可自然地用于隐式自法的增广Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ双共轭梯度算法。增广Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ双共轭梯度算法既可精确地满足接触约束条件,又可避免数值解的振荡;在改善数值迭代的收敛性的同时又提高了计算效率。     

AN ARITHMETIC METHOD OF SEGMENTING MOVING AEOLIAN SAND PARTICLES＇ IMAGES FROM BACKGROUND INFORMATION OF DIGITAL HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY IMAGES

为了深入理解多因素驱动下风沙颗粒起动的动态演化规律,需要准确地获得沙质床面附近沙粒群起跳的方式、速度和运动轨迹.以连续强激光源为照明的数字高速摄影技术是研究这类问题的有效手段,但由于风沙运动的高速摄影图像具有运动沙粒和静止床面的对比度小、相邻两帧图像相似性小等特点,原始图像叠加算法难以有效实现目标与背景的分割.该文提出了基于相邻的风沙运动图像灰度差值变化原理的图像分割算法.实例显示,只要选择合适的相邻图像灰度差值阈值和自适应二值化处理方法就能实现图像中运动沙粒与床面分割.当起跳沙粒浓度较低情况下,基于MATLAB平台的最小距离匹配的粒子追踪算法（PTV算法）能较为准确地恢复床面附近沙粒的运动轨迹.     

拉格朗日松弛算法在平台罗经多故障诊断技术中的应用研究

最优多故障诊断问题是一个NP-hard问题。针对平台罗经这一复杂系统，采用有向图描述元件与测试点间的因果依赖关系，并建立系统的多信号模型。在考虑元件发生故障的先验概率的前提下，提出一种基于拉格朗日算法（LRA）和子梯度优化算法（SOA）近最优多故障诊断算法，并在某型平台罗经的方位稳定系统多故障诊断中得到应用。结果表明：该方法相对于传统的单故障诊断方法诊断速度快，适用于平台罗经这类大型复杂系统的多故障诊断。     

含初始缺陷复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计

针对复合材料格栅加筋圆柱壳具有多约束、连续变量和非连续变量混合的特性,基于复合材料中厚圆柱壳体的非线性稳定性理论,考虑优化目标和约束鲁棒性,采用混合遗传算法,提出了一种非完善复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计方法.应用正交设计理论确定主要的鲁棒优化设计变量,简化了运算过程,从而提高了优化分析效率;同时又采用五点差分格式代替梯度运算,解决了在优化计算过程中不可求导的问题.通过典型算例表明,鲁棒优化设计所得到的优化分析结果与传统确定性优化方法相比差别较大,此外壳体的初始缺陷亦将对优化结果产生很大的影响.     

基于运动平滑性与RANSAC优化的图像特征匹配算法

针对视觉导航中现有的特征匹配算法召回率低、耗时长的问题,提出一种基于运动平滑性与RANSAC算法结合的图像特征匹配算法。首先将图像网格化,通过运动平滑性约束处理,找出误匹配率低的图像网格区域;然后,利用RANSAC算法计算出图像间近似的单应矩阵;最后,利用单应矩阵对初次匹配结果进行筛选,得到优化后的匹配结果。实验结果表明:所提出的算法在不同类型的图像匹配中,召回率平均提升了7.5%,F值平均提升了5.4%;相比较于传统RANSAC算法,运算时间平均减少了27.8%,适用于一些对实时性要求较高的场景。     

多参考地基增强系统电离层梯度完好性监测方法

卫星导航增强系统服务于与生命安全相关应用时,电离层梯度异常是所需监测的重要风险源。针对传统地基增强系统(GBAS)电离层梯度监测算法受电离层梯度异常与整周模糊度固定失败双重风险源影响问题,提出基于多参考接收机布设的GBAS电离层梯度异常监测方法,通过电离层无关整周模糊度快速固定构建高精度检测统计量,实现误警和漏检错误的同步控制。使用电离层梯度异常GNSS真实数据对所提方法进行验证,结果表明300历元平滑长度下,基于多参考接收机布设的电离层梯度异常监测方法在10~(-6)漏检率约束下成功监测到477 mm/km电离层梯度,验证了所提方法可用于电离层梯度异常的实时监测。