针对支架等遮挡物对720°全景相机底部图像造成遮挡的问题, 本文提出了一种基于分步拍摄的消除底部支架遮挡方法。通过对侧面、顶部一次拍摄和对底部两次拍摄消除底部遮挡。在此基础上, 针对侧面、顶部、底部图像亮度不一致问题进行了优化。基于全局的匀色算法会导致不同区域的图像互相影响, 造成匀色结果的偏差, 提出了一种基于区域生长法图像分割的Wallis匀色算法。实验结果表明, 本文方法能够消除底部图像遮挡; 使用本文算法匀色, 图像颜色差异较使用基于全局算法减小59.3%。

基于自行研制的一种自动快速变视场太阳光度计(VFOVSP),实现了不同视场内太阳辐射的快速测量,为地基区分气溶胶粒子与云粒子提供了 一个新的技术手段。新型光度计采用基于CCD图像传感器的太阳跟踪技术,并采用程控可变视场光阑,实现了在较短的时间间隔内对 不同视场值的快速测量。通过在不同的天气条件下,对仪器不同视场测量数据分析初步表明:通过比较不同视场测量的大气光学厚度的 变化,可提供一种薄卷云与气溶胶的区分技术。该方法可以较快地识别出当前大气环境中是否有卷云存在,为研究卷云特性提供了基础。

太阳是地球能量的主要来源, 太阳活动和变化对地球影响极大。为了满足天文学家对太阳观测和研究的需求, 设计一种新型Lyman α和可见光双波段内掩式日冕仪(SCI日冕仪), 能够在121.6 nm和700 nm两个波段同时对日冕进行高分辨率成像观测。根据太阳在121.6 nm和700 nm日面与日冕的辐射特性确定仪器的参数, 给出了日冕仪的初始结构, 建立评价函数对初始结构进行优化。分析了日冕仪光学系统的成像性能和各个光学元件产生杂散光对成像性能的影响, 确定影响系统杂散光抑制水平的主要光学元件和机械结构, 提出了对光学元件表面粗糙度的要求, 给出了里奥光阑的位置和通光口径。还设计了日冕仪光学反射镜和光学分色镜的膜系结构, 实现了对内日冕在121.6 nm和700 nm两个波段的同时成像。实验结果表明: SCI日冕仪视场覆盖1.1~25个太阳半径(Rs, 取1 Rs=0.267°), 空间分辨率优于4.8″, 杂散光抑制水平在1.1Rs处优于10-6量级, 在2.5Rs处优于10-8量级, 满足观测需求。

仿生复眼系统是一种多子眼拼接的大视场高分辨率成像系统, 由一级同心物镜和二级子眼镜头阵列组成。为实现大视场无缝隙拼接成像, 必须严格保证所有子眼镜头的光轴与同心物镜球心的对准误差在光学设计允许的公差范围内。首先, 基于PSM(point source microscope)定位仪的自准直原理确定PSM的基准参考零位, 然后通过转接器将PSM分别固定在所有子眼镜头安装孔中, 计算经同心物镜反射后像点质心位置与子眼安装孔轴线对准误差的几何关系式, 最后用Lighttools软件仿真检测光路并对所有安装孔对准误差进行检测。实验结果表明: 所有安装孔轴线与同心物镜球心的对准误差均小于30 μm。满足光学设计中子眼镜头光轴与同心物镜球心对准误差小于50 μm的公差要求, 从而保证了仿生复眼成像系统大视场高分辨率无缝拼接影像的获取。

针对金属激光3D打印、激光熔覆等激光沉积成形工艺表面质量差、难以直接装机使用的工艺难题, 利用光纤半导体耦合激光器对铁基激光熔覆层进行宏观抛光处理, 研究激光抛光对激光沉积成形表面形貌和物理力学性能的影响规律。首先采用手持显微镜和白光干涉仪对熔覆层激光抛光宏观形貌和粗糙度进行测试、分析与表征, 然后使用扫描电子显微镜(SEM)对熔覆层微观组织进行测试分析, 进而利用显微硬度计测试熔覆层沿深度方向的微硬度值, 利用X射线应力测试仪对熔覆层表面残余应力测试。研究结果表明, 激光抛光熔覆层宏观形貌平整, 激光熔覆层的粗糙度显著降低; 比较了不同抛光次数对表面质量的影响, 抛光一次后熔覆层中部微观组织为平面胞状晶, 抛光两次熔覆层中部微观组织为细小的等轴晶; 抛光一次后表面残余应力为压应力, 抛光两次后表面残余应力为拉应力; 抛光两次后的显微硬度较原始熔覆层提高1.3倍, 较基体提高3.5倍。

损伤曲轴的激光熔覆修复是实现发动机高质量再制造的关键技术之一。为提高因磨损、擦伤和烧伤等缺陷导致报废的曲轴激光熔覆修复的稳定性与可靠性, 首先采用YAG固体激光器对磨损损伤曲轴主轴颈进行熔覆, 进而采用手持显微镜与扫描电子显微镜(SEM)相结合的方法对熔覆层周向与径向宏观形貌和微观组织进行观测分析, 利用显微硬度仪测试沿深度和表面母线方向的微硬度值, 利用X射线应力测试仪对熔覆层表面残余应力测试。最后, 对熔覆层与基体的过渡层、熔覆浅表层等熔覆质量较差的区域以及中间质量优化区进行量化表达, 为获得最佳质量工作表面的熔覆余量等参数的确定提供依据。研究结果表明, 微观组织沿深度方向呈平面胞状晶-胞状树枝晶-树枝晶和等轴晶变化, 沿母线方向存在组织细致的结合区, 熔覆层显微硬度较基体提高2.6倍, 表面残余应力为压应力, 其中沿扫描方向的平均残余应力值为-400.8 MPa, 垂直于扫描方向的平均残余应力值-278.5 MPa。

光纤陀螺中使用的Y分支相位调制器对单模特性要求非常高。文中深入研究了Y分支波导的多模特性,在理论分析的基础上用BPM做了Y分支的设计和仿真,模式耦合分析表明,当Y分支波导为多模时,其倒置输入时的输出功率会随波长变动发生周期性波动,该特征可用于定量判定多模临界波长。归纳数据,提出了一种独特的通过Y分支输出功率曲线测定其多模临界波长的方案,并且通过Y分支波导的测试实验验证了该方案的有效性。

提出并实验了一种采用倒置输入的结构来测定Y分支LiNbO3波导相位调制器的多模截止波长的新方法，模式耦合分析表明，倒置输入的Y分支波导的多模传输的输出功率具有随波长变动发生振荡的特征，该特征可用于定量判定多模截止波长。方法的有效性得到了波束传播法(BPM)仿真和样品实验两方面的验证。