为了满足精密测量和红外与可见光图像配准对图像边缘定位的高精确度和高抗噪性的要求, 提出一种基于三次 B样条小波变换和 Franklin矩结合的亚像素级图像边缘检测算法。首先, 利用三次 B样条小波窗函数对图像边缘多层分解, 根据小波模极大值原理对各层检测得到初始边缘信息, 随后将其边缘点与多尺度范围下 3×3邻域内的点进行比较, 将模值和幅角相近的点保留, 建立新的边缘图像。然后, 建立亚像素边缘模型, 根据 Franklin矩旋转不变性原理, 分析图像边缘旋转至一定角度之后各级 Franklin矩之间的关系, 得到计算亚像素边缘点的模板关键参数, 将模板在小波变换得到的新边缘图像上移动并与其覆盖下的子图进行卷积运算, 进而得到图像的亚像素级边缘点。实验结果表明, 并与当下表现较优的 3种算法进行对比, 本文提出的基于三次 B样条小波变换和 Franklin矩结合的算法精确度更高且抗噪性更强, 能够更好地满足对于红外与可见光图像配准稳定可靠及高精度测量的要求。

光谱技术在公路状态识别（是否结冰、积水或积雪）方面有着积极的应用前景，但太阳光作为光源识别公路状态的研究较少。分别采用阳光和卤钨灯作为白天和夜间的实验光源，通过微型光谱仪数据分别得到冰、水、雪和公路本底的可见 -近红外波段的光谱曲线。白天时，结冰和积水状态在不同光照情况下会出现“异物类谱”现象，根据阳光光照特性，本文提出将“环境变量”作为特征值的解决方法，并基于光谱曲线及归一化后的“环境变量”特征值，将光谱数据组合成新的数据波形，基于 Dropout与 Adam优化器的神经网络模型对数据进行训练和识别，最终识别率为 99.375%。夜间，由于各类样本光谱区域差异明显，采用“组合 -阈值”法识别。实验证明通过两种光源结合的识别方法，能够有效识别路面状态。

基于波动光学理论和单模光纤受激布里渊散射(SBS)的数学模型,推导了少模阶跃折射率光纤中SBS时空演化耦合振幅方程。依据光波模式和声波模式模场空间分布,计算出不同模式对的声光耦合系数,进一步得到不同光波模式对组合的布里渊幅度增益谱和相移谱。结果表明:参与SBS过程的声波主要为低阶声波模式;对于LP₀₁模和LP₁₁模,两者更倾向于模内的SBS过程,且模内耦合产生的幅度增益以及相移更大;布里渊频移随着光波模式阶数的增加而减小。

针对抛光曲面工件表面缺陷检测的问题,提出了一种基于反射云纹图像的缺陷检测方法。该方法利用云纹光经抛光曲面反射产生的差异,通过检测云纹图像的变化进行缺陷的检测与定位。分析了抛光曲面的光照模型,使用SHEN-Castan算法抑制云纹边缘阶梯效应,通过Gabor变换与最大熵分割进行缺陷提取,剔除伪缺陷后实现缺陷的检测与定位。实验结果与统计表明,设计的方法能检测出抛光曲面表面上具有形变特征的缺陷,对不同类型的表面缺陷均有92%以上的检出率。利用所提的检测方法,可以自主设置系统的检测分辨率,对不同类型的缺陷具有较高的适应性,极大地提高了系统的可拓展性、普适性与实用性,较好地解决了高反射抛光曲面工件表面形变缺陷检测的问题,具有较高的理论价值与经济价值。

设计并制备了基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件以嵌在石墨烯和超表面之间的离子凝胶为电解质,以石墨烯为主动材料,用超表面实现太赫兹波与石墨烯相互作用的增强。通过外加偏压调节石墨烯的电导率,进而达到对太赫兹波的主动控制。结果表明:该器件在较小的外加偏压下就可以在谐振频率处实现73%的调制深度,并且在调制过程中谐振频率几乎保持不变。该器件为小电压下的大幅度太赫兹调制提供了一种新手段。

基于多块光栅拼接理论,建立了光栅旋转角与衍射光束偏角关系的数学模型,设计了一种基于干涉法的光栅旋转角度检测光路,用Zygo干涉仪实现了光栅0级与1级衍射波前检测,并研究了反射镜安装误差引起的模型误差。实验结果表明,利用理论模型对光栅姿态在0~500 μrad内调整时,光栅间栅线平行度的最大相对测量误差为3.85%。而反射镜俯仰角和偏摆角在0″~20″变化时,所引起的光栅间栅线平行度的最大相对测量误差分别为4.99%和3.77%。

设计了一个基于二维光栅的高精度位置测量系统的硬件在环仿真平台,分析了测量模型在编程过程中产生误差的原因,并使用该仿真平台测试了模型的精度和运算时间。结果表明,当计算频率为20 kHz时,测量模型的编程精度优于0.79 nm,测量机箱引起的误差为8.84×10 ^-7 nm。该仿真平台能够有效地检测基于二维光栅的测量模型在编程过程中产生的误差,并测试模型运算时间。

为了实现对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)瓶胚壁厚实时、高效、高精度的测量, 采用理论仿真结合实验验证的方法, 以标称3.5mm厚型的PET瓶胚为例给出设计实例, 建立了PET瓶胚壁厚测量的光学模型, 根据光线追迹原理分析验证反射式光纤位移传感器在测量PET瓶胚壁厚中应用的可行性, 并利用LIGHTTOOLS软件进行仿真模拟, 最终设计出一种基于反射式光纤位移传感器对PET瓶胚壁厚实时测量的装置, 并进行了实验验证。结果表明, 实验装置的测量量程为3.20mm~3.80mm, 线性度为15.8%, 灵敏度为0.8448mV/μm, 该装置相比传统测量效率提高了30%以上。这对提高实际检测效率和精度具有参考应用价值。

随着人工超材料对电磁诱导透明(EIT)现象的成功模拟, 超材料明暗模间的耦合机制引起了广泛关注。回顾了近年来在太赫兹(THz)波段基于人工超材料的明暗模耦合效应的相关研究进展, 包括平面结构EIT效应, 立体结构EIT效应, 明暗模垂直耦合电磁诱导吸收(EIA)效应, 以及表面波非对称激发。组成超材料的单元结构内部的模式耦合机制对超材料的远场近场响应具有决定性的作用, 其不同的耦合机制在光开关、慢光器件、光传感器、片上系统等的设计方面有重大的潜在应用价值。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是基于飞秒超快激光技术的 THz 波段光谱测量新技术, 具有较强的光谱分辨本领以及良好的透视性和安全性, 在物质检测方面具有广泛的应用价值。文中在采用太赫兹时域光谱技术对转基因大豆油光谱检测的基础上结合主成分分析方法(PCA)及支持向量机(SVM), 构建PCA-SVM模型对转基因大豆油进行鉴别。首先, 从样品在太赫兹波段测得的时域光谱中得到其吸光度光谱; 然后, 将其作为输入源导入PCA-SVM模型中, 剔除冗余数据、降低数据维数并鉴别。实验结果表明, 所建立的PCA-SVM模型能准确识别校验集, 可以准确地对转基因大豆油进行鉴别。研究结果表明: 太赫兹时域光谱技术可以实现转基因大豆油的快速、无损检测, 在食品安全领域有广泛的应用前景。