物像空间位姿表征模型及标定技术研究

从对单目视觉系统的空间定位技术着眼，本文研究了一种利用标准平面镜反射辅助三维空间测量的模型和方法。首先基于摄像机标定的基本原理，以条纹反射检测系统为初始结构，建立应用标准镜测量显示屏的空间位姿的物理模型，然后在对摄像机标定不确定度进行实验标定的基础上，进行了对条纹反射检测系统的三维空间位姿描述和测量。研究结果验证了本文技术方法模型有效、精度较高，扩大了单目视觉系统的测量范围，获得了更加紧凑的物像空间位姿测量系统结构。     

基于标准CMOS工艺的UV/blue光电探测器

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器,该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中,浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层(浅P阱)和Nwell层形成,以增强其对紫外/蓝光的吸收,栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流,提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明,本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流,对300~550nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下(光强小于1μW/cm2),响应度优于105 A/W,随着光强增大,响应度逐渐降低,但总体仍超过103 A/W.     

位移损伤诱发CMOS图像传感器电荷转移损失退化的理论模拟研究

以4T PPD（4个晶体管的钳位光电二极管）型CMOS图像传感器为研究对象，开展注量为1×10¹¹,3×10¹¹,5×10¹¹,7×10¹¹,1×10¹² neutron/cm²的中子辐照下损伤模拟的研究，建立CMOS图像传感器的器件模型和不同注量中子辐照后位移损伤的缺陷模型；采用相关双采样技术测量由亮到暗连续两帧时序脉冲下浮置节点（FD）的输出值，建立测量电荷转移损失（CTI）的模拟方法；获得CTI随中子辐照注量的变化关系，分析CTI随中子累积注量的变化规律，结合中子辐照效应实验验证中子辐照诱发CTI退化的理论模拟计算结果的有效性。研究结果表明，CMOS图像传感器的位移损伤敏感区域为空间电荷区域，中子辐照后会在空间电荷区中引入位移损伤缺陷，这些缺陷通过不断俘获和发射载流子，使信号电荷不能快速转移到FD中，造成电荷转移损失；电荷转移损失随着中子辐照注量的增加而增大，二者在一定范围内呈线性关系。     

多视角图像标定与图像合成

近年来随着视觉成像技术的快速发展，成像系统也在不断改进。单一摄像机成像已经不能满足人们对大视场高动态的需求，所以具有大视场优势的多摄像机系统引起广泛的关注。依据复眼成像原理，使用多摄像机系统研究其成像特性。考虑到成像过程中的损耗和镜头的特性，对所用摄像机进行辐照度定标，并进行光晕校正，同时求解出了摄像机辐射响应和暗电流的函数，随后对多摄像头系统进行大视场图像拼接和高动态范围成像。实验表明，辐射定标对于上述成像具有良好效果。     

基于DMD的光学衍射实验教学

研究各种形状衍射屏的衍射特性,有利于加强学生对光学衍射基本理论的理解.为此,开发了基于数字微镜阵列器件(Digital micromirror device, DMD)空间光调制器的新型光学衍射实验系统.采用DMD替代传统的加工衍射元件,用Paint, AutoCAD和Matlab等绘图软件生成单缝、多缝以及复杂形状的图形,并加载到DMD,以作为可擦写的数字化衍射屏.当准直激光均匀照射数字衍射屏并通过透镜,CMOS相机可在透镜后焦面实时观察各衍射屏的远场衍射图像,进而对夫琅禾费衍射特性进行观测和分析.该新型实验系统能够完成单缝、多缝衍射实验,并拓展至任意形状衍射屏的衍射实验.     

视觉技术在坦克火炮运动参数测量中的应用

为准确、便捷地测量坦克火炮运动参数,设计了一套基于视觉检测技术的测试系统。首先利用平面标定法对系统成像模型进行标定;然后基于迭代寻优的思路,采用动态阈值对光斑图像进行分割,并利用最小二乘法进行圆周拟合,结合光斑的几何特点进行光斑有效性判定,进而迭代获取最优的定位结果;最后结合光斑在投影靶标上的运行距离和时间,获得坦克火炮运动参数。实验结果表明,测试系统能够适应复杂的光照环境,满足对测量精度、重复性、便捷性的要求。     

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。     

基于两组同心圆环点的双目摄像机标定方法研究

在研究传统摄像机标定原理及方法的基础上,提出了一种新的基于同心圆环点模板的双目摄像机标定方法。该方法仅要求摄像机摄取任一方位包含所有25个同心圆环点的所设计模板的一幅图像,即可根据射影几何内秉的约束条件和左右图像的视差完成对双目摄像机焦距、基线距离和光心位置等参数的标定,且不需要进行图像的畸变校正与匹配。实验表明,该双目摄像机的标定方法具有较高的精度和效率,可以方便、迅速地实现双目摄像机的标定。     

单相机离焦法测量粒子三维运动轨迹

本文提出一种测量空间粒子三维运动轨迹的新方法。该方法是当利用双孔透镜成像时,单点粒子在离焦光学成像系统中会形成包含粒子空间信息的两点像,根据粒子像在像平面上的位置和间距可以获取空间粒子的三维空间位置。本文用单点发光体模拟单点粒子,用ＣＣＤ摄像机连续摄取粒子的瞬时空间运动图像,用计算机对获得的图像进行处理,可以得到粒子三维运动轨迹。这种方法可以应用于三维流场的流动显示研究     

采用局部窗口跟踪运动目标

介绍对静态摄像机拍摄的时变图像序列进行分析的一种技术。本文提出的算法分为三个阶段:(1)运动探测;(2)目标锁定;(3)轨迹跟踪。在第一阶段,比较两幅连续的图像得出差图像,从而测出存在的任何运动。然后,在差图像中,划出子图像的界限,作为分析运动的有效区。第二阶段,将子图像分别与前后两帧进行比较。在每一相应的图像中确定出框住目标的局部窗口,然后将这些窗口用于下一阶段跟踪运动目标的轨迹。计算出各窗口的质点中心,并将其描述在二维平面上。将这些点简单地连接起来,就获得了运动轨迹。对于本文提出的这种方法,已经采用复杂背景中的实物图像,进行了在快慢速运动情况下的实验。