利用蒙特卡罗模拟和光密度算法评估线扫描成像系统对被测样品内部缺陷的检测性能。首先，引入三维体素分割方法，实现对内部缺陷不规则组织边界的精细划分，以改善传统蒙特卡罗方法难以准确模拟复杂组织的光学传输问题；分析了仪器参数对光子在组织内部的穿透深度、探测器的探测深度和表面漫反射率的影响，确定了最佳的参数配置；最后，利用光密度算法评估了系统对不同大小和深度缺陷的检测性能。仿真结果表明，在光源入射角为15°、光源-探测器距离为1 mm的条件下，线扫描成像检测系统能够兼顾光子探测深度和表面反射率；对于大（a=2 mm，b=3 mm，c=1 mm）、中（a=2 mm，b=2 mm，c=1 mm）、小（a=2 mm，b=1.5 mm，c=1 mm）三种尺度的椭球体缺陷，系统的缺陷深度检测限分别为3.5 mm、3 mm、2.7 mm。本研究结果为面向水果等农产品内部缺陷检测的线扫描成像系统的参数优化和性能评估提供了理论依据。

针对金属中微小缺陷在超声检测时回波信号较弱, 利用时域回波信号对微小缺陷试块进行C扫描成像时图像噪声较大且信噪比较低的问题, 借鉴医学超声影像领域中的背散射积分诊断技术, 提出了一种通过计算缺陷回波信号的功率谱(PSD)和频域背散射积分(IBS)来表征微小缺陷的方法。在使用IBS对试块进行成像后发现成像的信噪比较时域成像有显著的提高, 但图像出现了明显的网格化。对此提出了使用频域背散射补偿积分(IBSC)和频域背散射全宽带积分(IBSF)成像的两种改进降噪方法。实验结果表明, 这两种改进的成像方法均能在保持成像具有较高信噪比的条件下抑制图像的网格化, 但IBSC的计算量远小于IBSF, 更适用于金属中微小缺陷的成像检测。

扫描激光雷达在无人驾驶系统中起着不可替代的作用,是近几年的研究热点。由于多脉冲周期之间每个点的时刻皆不相同,激光雷达与成像目标之间的相对运动会造成目标三维图像重构的畸变,因此必须进行补偿才能够实现真正的高精度三维成像。为此,提出了一种基于相干调频连续波激光雷达速度测量对于运动产生畸变进行逐点补偿的方法。仿真与实验结果表明,速度相对误差和成像距离误差分别为0.52%和±4.76 cm。与传统加速度计方法相比,本文方法不依赖于加速度计等外部测量,具有更高的普适性,对于激光雷达的实际应用具有重要意义。

机载红外多光谱扫描仪采用摆扫扫描成像机制，解决了红外光谱相机的光谱分辨率、高空间分辨率和大成像幅宽之间的矛盾，可实现下视和远距离侧视成像。为了实现采集图像无缝拼接的像元级对准，需保证红外光谱仪的角位置信息准确。本文针对机载扫描成像光谱仪的几何定位问题进行分析，指出角位置误差是影响相机几何定位的主要因素，进而采用一种角位置误差的长短周期双重补偿方法，对角位置误差进行补偿。地面测试结果表明，补偿后相机角位置精度提高10倍，且经环境试验验证，角位置误差仍保持稳定。由机载挂飞试验结果表明，后图像相对几何精度优于一个像元(10″)，满足图像拼接的几何定位需求。

采用双高斯脉冲反卷积滤波技术对太赫兹时域波形进行滤波优化, 提出一种基于太赫兹时域光谱无损检测的太赫兹反射式层析成像技术, 用于分析玻璃纤维蜂窝复合材料的粘接质量.结合玻璃纤维蜂窝复合材料结构的特点, 分别在蜂窝上层胶膜和下层胶膜中设计了不同直径的圆形和梯形脱粘缺陷, 在此基础上, 完成了脱粘缺陷蜂窝结构样品的制作.提出的太赫兹反射式层析成像和B-scan成像方法, 适用于玻璃纤维蜂窝复合材料的脱粘缺陷分析.针对反射式层析成像图像对比度差的问题, 结合脱粘缺陷处的太赫兹时域波形数据特征, 采用缺陷特征时间区域成像优化技术, 提高了脱粘缺陷的检测能力和识别准确率, 实现了玻璃纤维蜂窝材料的上层脱粘厚度50 μm、下层脱粘厚度50 μm缺陷的太赫兹无损检测.

针对目前扫描成像中的振镜控制系统功耗高、体积大、控制精度低和控制复杂等缺点, 设计出一种高速、高精度振镜控制系统。分析了系统的工作原理, 叙述了系统的硬件设计和软件算法设计, 详细介绍了振镜控制系统的数字控制电路设计和驱动电路设计, 并研制出了振镜控制系统。实验结果验证了振镜控制系统的可行性, 系统运行稳定可靠, 成功应用于动态稳像系统, 有较大的应用前景。

以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式, 其属于水平方向推扫竖直方向成像, 存在投影面选择、 空间方位确定以及光顾混叠等问题。 针对上述情况, 详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型, 可以进行任意方向的地面横向推扫成像; 结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围, 给出了地理参考后影像格网划分的一般过程; 同时, 考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差, 以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题, 提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。 最后进行了大量地面横向推扫成像实验, 并依据上述算法进行了影像畸变校正, 验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性, 同时, 对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证, 实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法, 为同类产品的地面应用提供参考。

将暗场照明应用到线扫描成像中，提出了一种用于光学元件激光损伤的检测技术。该技术基于相位差分原理，只对引起相位变化的激光损伤区域有响应，因此检测图像具有高对比度。分析了该技术的原理，并从实验上验证了该检测技术的特性。实验研究表明该技术能够获得高对比度和高分辨率的激光损伤图像，且具有快速检测大口径光学元件激光损伤的能力。

为了满足机械转镜扫描要求(转镜转速每分钟不少于3万转)及光束与水平信号的行场同步要求，提出采用面阵空间光调制器及多像素并行扫描方式。采用“面阵空间光调制器”对激光束进行选通和光强调制，使覆盖多像素的激光束在高速扫过面阵空间光调制器时，光强按视频图像的强弱进行调制，从而形成激光视频图像。由于采用了多像素并行扫描、新型二维扫描转镜和积分器光路，扫描速度大大降低，由每分钟几万转降低到3000转，解决了扫描式激光显示的技术瓶颈和激光干涉条纹问题，获得了很好的显示效果。