高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性，在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能，首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素，超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式；从像素结构出发，对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析；搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台，对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试，并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明：与稳态工作模式相比，瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声，但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式，具有更高的信噪比和动态范围，与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。

激光增材制造(LAM)技术是智能制造的代表性技术之一，同时也是当前用于金属材料增材加工的主流技术。LAM成型的金属产品具有几何自由度大、尺寸精度高、质量和性能好等优势，已在航空航天、生物医疗、****等行业中取得了广泛而重要的应用。LAM成型涉及以激光为热源的高温加热过程，因此通常需要对加工区域进行惰性气氛保护，避免空气对金属材料的污染。近几年来，利用N₂、Ar-O₂、Ar-N₂、Ar-CH₄等活性保护气氛的LAM技术快速兴起，在多种金属材料的力学性能提升方面取得了令人瞩目的成果，历史性地突破了气氛改性类技术难以影响材料内部的难题。同时，还涌现出在LAM加工前利用活性气氛改性打印原材料的新技术路径。本文针对活性气氛LAM这一颇具前景的新兴技术，阐述了国内外在近年取得的研究进展：从活性气氛保护的LAM加工与LAM原料活性气氛改性处理两大技术方向出发，归纳分析了这一新技术对钢铁、钛合金、铝合金、高熵合金等代表性金属材料的影响，系统比较了材料在力学性能等方面的提升、在组织与成型质量方面的变化，并详细揭示了其作用机理。同时，本文总结了活性气氛LAM技术面临的机遇和挑战，并对进一步明确气氛改性机理、扩展其应用范围提出了相应的展望。

为了解决像增强器在高重频下的成像应用问题, 建立了像增强器高重频特性成像实验平台, 并开展了ICCD相机双帧成像与曝光时间、双帧延迟时间之间关系的实验研究.实验结果表明ICCD相机第二帧成像问题是由第一帧曝光时像增强器饱和造成的, 增大CCD的AD采样增益可避免灰度值反转现象和“浮雕”效应.本文研究可为像增强器在高重频条件下的成像应用提供理论和实验依据.

针对CCD图像输出时间长影响其帧频率的问题, 提出了一种基于普通CCD实现超高帧频成像的方法.采用掩膜覆盖CCD的光敏区, 建立图像的片上存储空间, 消除CCD电荷转移输出占用过多时间的影响, 可以使普通CCD的帧频达到每秒百万帧频以上.介绍了不同掩膜实现方案的优缺点, 讨论了掩膜图像的恢复方法, 采用条状孔掩膜方式建立了基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像系统样机, 利用氙灯对样机性能进行验证, 获得了14幅79×79像素的氙灯发光过程图像, 样机帧频率达到了每秒200万帧的超高速度.

一种基于异步时序驱动和Binning技术的高帧频成像技术在帧转移CCD相机上得到成功应用。为了抑制该CCD相机成像时产生的拖尾效应, 基于该相机的高帧频连续成像原理, 理论上分析了图像获取过程中拖尾产生的原因, 给出了一套完整的消除拖尾的数值解析算法。该算法充分考虑了图像亮度变化对拖尾形成产生的影响, 并对此进行了修正, 已在异步Binning CCD相机上进行了实验验证。利用相机以40 000帧每秒的帧频获取4幅连续图像进行实验, 实验结果表明, 该算法可有效去除每幅图像的拖尾噪声, 而且消除拖尾噪声后的图像区域的灰度方差得到明显降低, 异步Binning CCD相机的成像质量得以提高。上述结果表明算法适用于高帧频相机的连续成像。

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线, 其峰值波长和强度受光源光谱、 背景亮度等多方面的影响, 光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。 试验以视认反应时间作为评价指标, 应用视觉功效法测试了不同速度条件下, 人眼在不同照明环境中的视认性能, 所选择光源包括高压钠灯、 无极荧光灯和三种色温的白光LED, 光源色温范围1 958~5 537 K, 背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明, 范围为1~5 cd·m-2, 均在人眼中间视觉亮度范围内。 统计试验结果显示: 在相同速度、 亮度条件下, 高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源; 相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标, 但测试截止时刻, 低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。 应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、 不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度, 与明视觉亮度测试结果比较, 中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小, 显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一, 由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近, 高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯, 峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。

研究CCD 受到射线辐照后的电离辐照效应或者损伤机制，对于在辐射场环境下如何正确应用CCD 开展科学研究具有重要的意义。针对面阵CCD 的辐照损伤效应的测试方法的要求，选用ICX285 面阵CCD 作为实验样品，结合辐照板离线和参数测试装置研制了离线式的测试系统，并且针对辐照实验的测试要求，设计了积分时间可调和过扫描设计两种功能，以获取CCD 的暗信号和转移效率的变化。在60Co-γ 射线源上，运用该系统开展了电离辐照效应实验，获得了受到射线辐照后面阵CCD 暗信号的变化规律。

基于激光主动成像的烟雾环境下的目标探测具有重要研究意义,有效抑制光的散射作用是提高烟雾环境下成像质量的关键.根据光的偏振理论,仿真分析了光子单次散射的偏振特性与散射角的变化关系,并利用蒙特卡罗方法模拟了光在烟雾环境中传输的偏振特性,提出了利用偏振差法来抑制光散射作用,最后进行了简单的成像实验.结果表明,光在烟雾中传输时散射光主要由小角度散射光构成,仍然保留了初始激光的部分偏振特性,相比于直接灰度成像,偏振差法能够有效滤除小角度散射光的影响,增强成像目标的细节信息和图像的对比度.

基于激光照明的主动成像技术是将激光技术、成像技术、微弱目标的图像处理技术结合在一起而发展的综合技术.阐述了激光主动成像技术的工作原理,以及在高散射性介质环境中散射介质的散射作用对于成像质量的影响,详细阐述了目前降低散射光影响的主要成像方法,分析了各成像方法的特点及应用领域,展望了高散射性介质环境中激光主动成像技术的发展趋势.

以巯基乙酸为修饰剂合成高量子产率的CdTe量子点, 并成功标记生物小分子17β-氨基雌二醇。 紫外光谱、 荧光光谱、 红外光谱以及倒置显微镜照片分析表明CdTe量子点在活化剂N-羟基琥珀酰亚胺的作用下, 通过表面的羧基与17β-氨基雌二醇的氨基以共价键结合, 这为建立基于量子点探针的新型的药物筛选模型提供了实验基础。