空间目标监视和检测是维护空间环境安全的重要保障, 天基观测是其中的一个重要观测手段。在天基观测图像中, 恒星和空间小目标形状、大小相似, 影响空间小目标的检测。且空间环境复杂, 图像的噪声也会对空间小目标检测造成干扰。针对以上问题, 提出了一种基于轨迹预判的空间小目标在轨检测方法。首先对图像进行预处理, 包含使用图像滤波剔除坏像元和背景影响以及阈值分割。对相机进行畸变误差校正, 再进行坐标系转换以及匹配星表剔除大部分恒星。然后采集多帧图像, 对候选目标进行轨迹关联、预判, 确定搜索范围。最后实现对空间小目标的检测。本检测方法具有以下几方面的优势: 在低信噪比下, 实现高检测精度和低虚警率; 减少搜索范围, 提高在轨实时检测能力; 具备对连续帧图像上目标不连续出现的检测能力, 适应更复杂的空间环境下目标检测需求。本检测方法的检测能力在硬件系统上得到了验证, 实验结果表明, 该算法在检测信噪比为2的目标时也具有99.9%的检测率和0.002%的虚警率, 为在轨空间小目标检测提供参考。

单分子免疫检测,是指将免疫复合物限制在极小的体积内,对产生的信号进行计数,是一种“数字化”的免疫检测技术。单分子免疫检测仪的核心类似于一个荧光显微系统,但普通的荧光显微镜结构复杂,且与生物芯片规格无法匹配,不能很好地满足检测需求。针对自行研制的生物芯片规格,合计了一套高性能的单分子免疫检测光学系统。根据设计要求,确定了合适的初始结构; 在荧光显微系统原理和像差分析理论的基础上,使用光学设计软件Zemax对系统进行反复优化设计; 设计出了满足单分子免疫检测成像要求的光学系统。系统的成像部分由15片折射透镜组成,工作距离为4mm,放大倍率为-4.52,调制传递函数值在奈奎斯特频率73lp/mm处均大于0.44,畸变为0.8%,照明部分采用柯勒照明方式,在整个视场范围内,物面上的照度均匀度达到97%。整个系统采用国产常规玻璃,有利于加工和降低成本。经优化后的高分辨率荧光显微系统结合当前发展成熟的全自动化检测技术,可以极大提高单分子免疫检测的检测灵敏度和准确率。

采用超极化惰性气体的磁共振成像技术可大大提高肺部影像成像质量，其中自旋交换光泵作为超极化惰性气体的关键，通常是对碱金属铷进行泵浦，为获得较好的泵浦效率，要求泵浦源具有窄光谱宽度和高功率的特点。针对这一需求，提出以体布拉格光栅（VBG）作为外腔反馈元件的795 nm窄谱宽外腔半导体激光器设计，并对VBG的外腔锁模稳定性进行了分析讨论，最终实现了功率为6.36 W，谱宽低至0.036 nm 的795.245 nm单管外腔激光输出，为实现大功率的单管外腔半导体激光器奠定基础。

水是维系生命与健康的基本需求, 人类的生产、 生活都离不开水。 水体中氮磷的超标导致水中营养元素过剩从而水体富营养化, 进而水质恶化甚至造成大范围的影响。 高光谱遥感在内陆水质监测领域的应用越来越广泛, 研究以此为基础, 为减少室外水体特异性因素影响, 通过实验室模拟外界条件搭建实验室实验系统, 并根据国家排放标准分别配制浓度范围在0～2.5 mg·L-1 的40个不同浓度梯度的磷酸钠标准溶液和浓度范围在0～20 mg·L-1 的40个不同浓度梯度氯化铵标准溶液。 获取所有标准溶液的高光谱图像, 对水质参数总磷、 总氮的光谱响应进行了分析, 找出其对应的敏感波段分别在420、 720 nm附近和410 nm附近。 利用主成分分析(PCA)建立高光谱水质反演数据集, 对高光谱图像作辐射定标、 Savitzky-Golay滤波(SG滤波)预处理并利用BP人工神经网络分别构建实验室高光谱总磷、 总氮反演模型, 构建的实验室高光谱总磷反演模型的决定系数为0.980 2, 实验室高光谱总氮反演模型的决定系数为0.860 2。 以江苏宜兴市内某河道为研究对象, 将该模型应用到室外无人机搭载高光谱成像系统获取到的室外高光谱图像数据, 分散选取五个点分别计算结果, 得到总磷、 总氮浓度均值的反演精度分别为95.00%和93.52%。 利用传统方法直接在待测河道观测点取水构建的室外高光谱水质反演模型反演相同五个点得到的总磷、 总氮浓度均值的反演精度分别为86.87%和86.48%。 两组反演结果对比, 发现本研究构建的实验室高光谱水质反演模型得到的光谱反演结果中90%的反演精度略高于室外水质反演模型的反演精度, 证实该研究可对待测河道内总磷、 总氮的含量进行有效预测, 也可为水体总磷、 总氮高光谱遥感反演提供一定技术支持。

柱透镜式裸眼3D显示系统近年来在各个领域发展迅速。为了进一步解决柱透镜式裸眼3D串扰问题, 提出一种通过平移LCD图像面板上的像素位置, 并减小像素间隔和调整柱透镜倾斜角度来降低柱透镜光栅自由立体显示器相邻视点间串扰的方法。针对双视点柱透镜式裸眼3D显示系统分析其串扰原因, 计算了柱透镜厚度、节距、焦距以及曲率半径等参数, 分析了LCD图像面板像素位置、柱透镜倾斜角度、像素间隔与串扰面积及莫尔条纹厚度之间的关系, 在保证莫尔条纹厚度不变的情况下降低了视区边缘最大串扰度。采用Lighttools软件对上述方法进行仿真, 对像素数为120×60的局部区域进行模拟, 结果显示改进前后视区边缘最大串扰度由50%降低至30%, 最佳视点串扰度由0.93%降低至0.32%, 且最佳视点区域扩展了±15mm, 对降低柱透镜式裸眼3D串扰具有借鉴意义。

目标发生旋转和尺度变化等时会导致跟踪算法出现目标丢失和精度大幅度下降等问题。因此解决目标在运动过程中出现的旋转以及尺度变化问题成为当前的研究热点。提出具有旋转特性的目标跟踪算法,该算法以Hamed等提出的 BACF(background-aware correlation filter)为基准,保留BACF算法中的定位,将笛卡儿坐标系下的目标特征转换到极坐标系下,并采用傅里叶-梅林公式来计算目标旋转角度和尺度的改变,在公开数据集POT上进行验证和比较,发现经过改进后的算法在目标旋转时,矩形框可以跟随目标发生旋转,并且本文算法在POT数据集上的准确率和成功率具有大幅度的提升,分别为0.6561和0.5930,旋转特性准确率和成功率分别为0.9619和0.8527。

针对低照度水下图像存在色偏和细节模糊的问题,提出一种基于白平衡和相对全变分的低照度水下图像增强算法。该算法依据光线在水中选择性衰减的特性,对水下图像进行全局光照补偿以提高图像亮度,并采用灰度世界算法校正水下图像颜色;依据引导滤波的保边平滑性构造新的相对全变分约束来估计照度图,并基于低照度成像模型得到反射图像,即增强后的水下图像。主观效果、客观分析及应用比较实验均证明了本文算法在校正色偏和增强图像细节方面的有效性。