为了找到更加精确的广角物镜系统像面相对照度计算方法，分析了现行像面照度公式成立条件的局限性，提出了基于孔径光阑约束模式的矢量光线追迹计算光通量的方法。通过矢量分析和推导，给出了孔径光阑约束的轴外视场光束在第一光学面上形成的照射区的特征点坐标及照射区面积表达式；依据朗伯体辐射条件和规律，从物镜系统物方着手，建立了两种共轭条件的物镜像面照度分析模型；针对具有物方大视场角特征的相似成像物镜系统和非相似成像物镜系统，分别推导出了像面照度及相对照度表达式；指出了光学设计过程中提高像面相对照度的基本策略。

手脸近距遮挡属于深度传感器应用中具有代表性的难点问题，针对该问题提出了一种综合利用颜色与深度信息的手势识别方法。采用核模糊C-均值聚类，对手脸遮挡图像进行粗分割和灰度增强，实现手脸分离。引入初始化水平集函数，解决聚类方法导致的手势区域像元缺失问题。利用基于深度信息的梯度方向直方图(HOG) 特征对手势进行分类识别。通过采集不同人体手脸近距遮挡情形下的多种手势图像建立了样本数据库，进行了对比实验，实验结果验证了该方法的可行性和有效性。本文方法能有效分离近距遮挡的手和脸，提取得到相对完整的手势信息，深度HOG特征能够对手势空间信息进行精确描述，具有比传统形状特征更准确的识别效果。

为了提高鱼眼镜头在单机位球幕放映系统中的像素利用率，提出了二向异性鱼眼镜头的设计思想。通过理论分析柱面透镜的特性，给出了柱像散对各向度焦距的函数关系，也给出了弧矢和子午二向度共面成像的焦距配置关系；对二向异性鱼眼镜头结构进行了分析与设计，通过在镜头结构中引入柱面透镜，使之具有各向度差异化的渐变式焦距，该镜头在相同工作视场条件下，实现了弧矢和子午两向度的像高差异，形成了各向异性的映射规律。所设计的镜头光学结构中含有4个弧矢柱面和一个子午柱面，弧矢和子午向度的最大像高比为1.52∶1，且具有较高的分辨能力。利用二向异性数字鱼眼镜头构建单机位球幕电影放映系统与使用传统鱼眼镜头相比至少可提高像素利用率52%。

文中采用有限时域差分(FDTD)法研究了ZnO随机介质与光子晶体波导相结合的微型激光器的辐射特性和频谱特性，用平面波展开法分析了光子晶体能带特性。数值研究结果表明：由于光与随机介质相互作用，使得光在该微型激光器中放大，损耗减小，存在较长滞留时间，同时随机介质局域光的能力变强，激光的阈值降低，而且含四方格子结构光子晶体的激光器具有良好的激光特性和调制作用。该新型器件的设计与研究将为研制可嵌入集成光子芯片的、低阈值的微型激光器提供理论基础。

以碲玻璃为基质材料, 设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明: 在波长1.55 μm处, 减小孔间距可明显减小耦合长度, 但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度, 但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时, 设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上, 通过调节结构参数, 设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器, 当光纤长度为139 μm时, X、Y方向偏振光即可实现分离, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且在波长1.49 μm-1.61 μm, 即带宽为120 nm范围内, 消光比小于-20 dB, 与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比, 其综合性能比较突出.

提出了一种基于串联双微环谐振器的新型聚酰亚胺(Polyimide, PI)湿度传感器, 采用传输矩阵法和耦合模的理论计算微环谐振器的传递函数, 并对比了传统单微环与串联不同半径的双微环的输出光谱特性。 外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI波导吸收水汽后折射率发生变化, 从而引起微环输出光谱发生漂移, 通过探测光谱漂移量来测湿度值, 得到了串联双微环传感器的灵敏度和测量范围, 并且分析了感湿部位不同时谐振器输出光谱特性。 理论结果表明: 串联不同半径的微环谐振器的自由光谱范围(FSR)要比单微环有所提高, 而且串联双微环谐振器整体感湿比单个微环单独感湿的传感性能更优良, 可作为最佳的湿敏元件。 与传统的单微环传感器相比, 串联不同半径的微环结构可提高系统的测量范围和灵敏度, 半径为30和50 μm的串联微环谐振器的FSR可达到0.15 μm, 传感器测量湿度范围为10%RH～80%RH, 灵敏度可达到0.001 7 μm·(%RH)-1。 因此串联不同半径的双微环谐振器为制备成本低、 结构简单、 高灵敏度、 可集成的微型湿度传感器件提供一定理论基础。

提出了以聚酰亚胺(PI)为感湿材料的三耦合点单微环新型湿度传感器。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI微环谐振特性发生变化, 最终通过谐振波长的漂移量确定湿度值。讨论了不同部位感湿时系统的传感特性, 并且选择了最佳湿敏元件。数值模拟结果表明: 与传统的单微环传感器相比, 新型传感器具有较高灵敏度和测量范围, Through端口的自由频谱范围可提高3倍。三耦合点单微环谐振器整体结构可作为最佳湿敏元件, 该传感器在10%RH~80%RH相对湿度范围内, 灵敏度可达到0.98 nm/%RH, 该结构为制备高灵敏度可集成微型湿度传感器件提供了一定的理论依据。

分别以碲玻璃和SF6玻璃作为基质材料,设计制作了一种基于双折射效应的新型八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量有限元法(FEM)分析了碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和相对耦合长度特性的影响, 数值模拟了碲玻璃和SF6两种偏振分束器的性能。结果表明: 在碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中, 增大椭圆率可同时增加结构的双折射和相对耦合长度, 与SF6玻璃偏振分束器相比较, 碲玻璃偏振分束器具有更高的消光比和更大的带宽, 即在工作波长为1.55 μm处, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且消光比小于-20 dB的带宽为120 nm。

针对传统非参数变换测度的局限性, 提出了一种基于局部纹理加权项的非参数Census 变换测度, 并使用半全局匹配法聚合代价的立体匹配算法。根据图像纹理度量的方向性, 通过增加局部纹理反差值计算匹配窗口内所有像素的灰度均值, 将其与反差值的加权和作为现匹配基元。使用半全局匹配法计算8 邻域方向的匹配代价, 以最小代价为匹配条件选取初始视差值。最后, 利用图像分割法统计各分割区域的视差直方图, 以直方图主峰所对应的视差值作为最终视差值。实验结果表明, 该算法获得的视差精度优于当前多数局部算法, 处理立体匹配中幅度失真的问题效果明显, 能够很好地适应于真实场景测量。

针对正面步态识别中遇到背景颜色与人的穿着相接近或者人体下肢有阴影等情况, 提出一种改进的背景减差法, 利用髋关节将人体分为上下两个部分, 采用分部阈值进行背景减差, 提取人体二值化轮廓。对于周期检测, 首先利用髋关节思想找到 P点, 然后利用 P点找到人体左右脚最低点, 并根据两脚间高低距离差所产生的角度计算步态周期并将其用于描述步态序列的动态特征; 获得关键帧, 并且进行归一化, 分别提取它们的统一 Hu矩和步态周期, 用于描述步态序列的静态特征; 将这两种特征进行融合, 弥补了单一特征带来的识别率低的问题。最后, 采用支持向量机 (SVM)进行分类识别。本文的识别实验均在中科院步态数据库 (CASIA)上进行训练, 识别率达到 97%以上。结果证明, 该算法具有较好的识别速度和识别率。