手术导航综合运用器官分割建模与手术规划、位姿标定与跟踪定位、多模态图像配准与融合显示等技术，使医生精确定位病灶与手术工具的位置，透过组织表面对内部组织进行观测，可大幅提升手术的安全性，缩短手术时间并提高手术效率。常规手术通常使用超声、内窥镜或X光等单模态影像进行手术过程引导，信息单一且均为二维影像，空间立体信息缺失，手术过程严重依赖医生经验；而多模态图像引导的手术导航技术通过融合多模态图像的优势，在三维空间提供病灶的结构或功能信息，大幅提升医生对血管、神经以及重要组织结构的空间辨识力。由此，本文针对多模态图像分割建模、手术方案决策、手术空间位姿标定与跟踪、多模态图像配准、图像融合与显示等多模态图像引导手术导航的关键技术进行总结和分析，提出其进一步发展面临的挑战并展望其未来发展趋势。多模态图像引导手术导航技术已成为神经外科、颅颌面、骨科、经皮穿刺、血管介入等临床科室精准治疗的新兴手段，具有重要的应用前景。

针对综合化电子系统硬件模块国产化和小型化后加载方法通用性差的问题,提出了一种基于虚拟并行NOR FLASH技术的嵌入式处理器程序远程加载通用方法。该方法利用板级管理FPGA通过SRIO将远程待加载程序存储到外挂DDR中, 并通过双口RAM和虚拟并行NOR FLASH接口将存储在DDR的程序组织成与并行NOR FLASH数据格式及接口时序完全一样, 从而嵌入式处理器可通过主动并行方式加载远程程序。工程应用实测结果表明, 该方法不仅加载速度快, 而且能在不同嵌入式处理器之间通用。

针对近红外场景仿真中需要将不同材质分类的问题，提出一种谱聚类的灰度纹理图像分割方法。首先利用mean-shift 算法，将原始图像预分割为多个具有准确边界的同质区域，并将这些区域描述为超像素；进而，将超像素构造的无向加权图作为谱聚类的输入，通过谱聚类的方法解决超像素的过分割问题。本文的方法在谱聚类过程中考虑了超像素的纹理特征，弥补了灰度图像在谱聚类过程中只顾及灰度和空间信息的不足。实验结果表明，利用本文分割方法不但减少了运算量，并且为精细的近红外场景仿真奠定了基础。

全息是目前一项极具前景的科学技术，即通过信号光和参考光的干涉，在小小的全息图上记录丰富的信息。相比于传统全息仅记录光波的相位、振幅信息，偏光全息可以将额外的偏振信息记录于偏振态敏感材料中。本文从偏光全息材料入手，详细介绍了偏光全息生产过程；同时介绍基于琼斯理论和张量理论的偏光全息原理和研究进展；最后描述了偏光全息在全息存储和纳米光学领域的发展前景。

基于海空红外图像提出了海空大气模型，分析并研究了大气环境对红外热成像系统成像的对比传递函数。以红外热成像系统为例，对海空大气模型中斜程路径的大气对比传递函数进行了计算，分析了观测距离、大气密度、目标海拔高度、大气程辐射、路径天顶角对大气对比传递函数的影响。实验结果表明，大气传输路径的观测距离、大气密度、大气程辐射、天顶角与大气对比传递函数成反比。该结果可以用于预估实际应用时大气对红外热成像系统的影响，为提高红外热成像系统的成像性能提供基础。

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化, 采用了ABCD传输矩阵法, 结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论, 设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性, 利用MATLAB进行理论分析, 模拟得出光斑半径与发散角的关系, 并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模, 优化结构中透镜参量以及光纤端面设计, 进行了理论分析和实验验证, 取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明, 间接耦合优化结构中, 到达光纤端面的光斑为53.72μm, 耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中, 到达光纤端面的光斑为3.695μm, 耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。

提出了一套系统的激光焊接工艺设计方法, 运用ANSYS软件对单纤双向光组件(BOSA)建立了一种简化有限元仿真模型, 采用间接焊接应力场的数值模拟方法, 研究了单光束激光焊接下的最小偏移参数。结合优化后的参数分析了不同激光焊接机参数下焊后光功率的损失情况。结果表明, 当单光束激光功率为100 W、脉冲宽度为0.2 ms、光斑半径约为0.18 mm时, 光组件具有最小偏移, 优化后光功率损失比降低了7.1%。

为改善温度波动对光通信用半导体激光器性能的影响, 设计了基于三维语言变量的高精度跟踪误差温度控制系统。为减小系统成本, 利用运算放大器AD620和OP07等器件设计了温度采集系统, 并采用最小二乘法拟合温度数据, 从而建立温度—电阻关系模型, 预测温度变化趋势; 加入第三维模糊语言变量, 结合窄域论以适当压缩E、EC、ECC的论域, 采用模糊规则设定方法, 建立新型三维模糊PID规则表并求解得出模糊查询表。结果表明: 当预设温度为25 ℃时, 温控系统超调量为0.97 ℃, 最大下冲量出现在第17 s, 其值为0.69 ℃; 工作51 s后, LD系统进入稳定状态, 温度保持为25±0.05 ℃; 在第150~210 s内, 其温度值标准差为0.020 4 ℃。同时, 该系统实现了对半导体激光器0~75 ℃的大范围精密温控, 温控精度为±0.05 ℃。该系统能够实现对半导体的高效制冷、加热控制, 具有响应时间快和系统开销小的优势, 能对控制参数实现自整定。