受动态范围的限制,传统的CMOS相机需要通过曝光时间控制和自动增益控制方式减小像素饱和与溢出的影响,以获得目标场景的清晰信息。若要同时获取目标场景的暗场和亮场图像,必须扩展CMOS图像传感器的动态范围。提出一种基于二值化图像叠加的CMOS相机动态范围扩展方法。该方法利用曝光时间按对数变化的一系列二值化图像进行叠加,拓宽了CMOS相机的图像探测动态范围,即使在亮度变化很大的环境下也能实现强信号和弱信号的同时探测,从而获得目标场景清晰的灰度图像。实验结果表明,与传统CMOS相机成像相比,二值化叠加CMOS相机的相对动态范围最高可拓宽8倍以上。通过图像亮度曲线对比,发现二值化叠加CMOS相机具有有效的对数响应输出。二值化叠加CMOS相机能有效减少图像亮处的饱和溢出和暗处细节信息的丢失,在高亮和背光处均能获得完整清晰、亮度均匀的图像。

为解决激光诱导击穿光谱系统中光谱检测模块体积大、分辨率低的问题, 设计了一种小体积、高分辨率的交叉型Czerny-Turner光纤光谱仪.计算了光学系统的结构参量和光学元件的特征参量.运用光学设计软件Zemax对光学系统进行分析与评价, 结果表明该光谱仪在340～440 nm光谱范围内分辨率优于0.1 nm, 系统体积约为200 mm×180 mm×60 mm.此外, 搭建了一套激光诱导击穿光谱实验系统, 通过对重金属溶液的分析检测, 获得良好的实验结果, 整个系统分辨率高、体积小、成本低、结构简单、稳定性好.

准贝塞尔光束具有能够远距离传输且保持光束宽度不变的特性，可以提供较大的光束纵横比，非常适合材料的激光微加工。研究了由理想轴棱锥和实际轴棱锥产生的准贝塞尔光束的传输特性。研究发现实际轴棱锥形成的准贝塞尔光束因干涉导致其轴上能量密度呈现强烈振荡的现象。重点分析了准贝塞尔光束在激光微加工中潜在的应用，通过推导获得的解析表达式可以用来预测激光加工所需的各项参数，包括激光脉冲能量、能量密度分布、消融宽度和光束纵横比等。

为了克服光栅光谱仪分辨率低、像差较大、体积大的缺点,根据光谱仪工作原理和几何光学像差理论,设计了一种光谱范围为350～450 nm的Czerny-Turner光谱仪光学系统.计算了光学系统各光学元件的特征参量和系统结构参量.运用光学设计软件Zemax对系统进行光线追迹与优化设计,并对设计结果进行分析.理论和实验结果均表明,该系统在350～450 nm光谱范围内分辨率小于0.1 nm,系统体积约为105×105×20 mm3,整个光学系统具有结构简单、体积小、分辨率高、稳定性好等优点.

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理，设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度，以波长为变量，测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明，共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移，且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析，实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。

介绍了一种对物体尺寸精密测量的方法。该方法采用线阵CCD作为光电传感器件,通过对CCD输出信号进行二值化处理并从计算机获得数字式信号,从而实现对物体尺寸的精确检测。测量结果表明:与其他传统的检测方法相比,该方法具有测量精度高、速度快,操作简单,检测过程中运行稳定等优点,在工业生产的尺寸测量中有实用价值。

针对发光二极管(LED)具有寿命长、发光效率高、显色性好、节能等诸多优点,基于复合抛物面聚光器(CPC)的结构与原理,设计了一种LED反射器,通过与传统荧光灯灯具比较,采用最优化理论和光学软件TracePro对其进行模拟仿真,结果表明这里所设计的反射器具有光场分布合理,充分利用光能节约能源,传统反射器无法比拟的优点。

提出一种基于白光干涉原理的新型微纳光纤传感器,并利用该传感器测量不同浓度的葡萄糖溶液引起的折射率的微小变化,通过数值求解麦克斯韦方程获得微纳光纤信号光的相位变化与外界溶液的折射率变化关系。实验测量结果证明利用该传感器获得的测量值与理论值基本一致。所设计的传感器具有灵敏度高、结构紧凑、易于和其他光电器件集成等优点。