在基因测序系统中,能量集中度是实现碱基准确识别的一个重要参数。拍照过程中,硅片台的位置误差会使硅片和相机之间产生偏移并导致图像退化,进一步影响能量集中度。建立了硅片台动态性能参数与能量集中度之间的理论模型。基于基因测序系统进行静态和动态实验,结果显示:能量集中度与硅片台的位置标准差呈线性关系。如果要求能量集中度优于65%,硅片台的位置标准偏差应控制在140 nm以内。同时,基于动态实验采集的DNA纳米球图像计算出的能量集中度与实验结论相符。该研究可以合理地分配基因测序系统中硅片台的动态性能指标。

低温镜头多用于深空低温环境下对暗弱点目标的探测, 能量集中度是评价该类镜头性能的重要指标。以采用热卸载设计的某红外低温镜头为实验目标, 设计了低温镜头能量集中度测试方案, 并对测试误差进行了分析。该方案采用星点靶标成像, 利用低温精密调焦技术实现对像点的精确采集, 通过高斯曲面拟合计算质心和两次反卷积数据处理, 实现了200 K低温下红外镜头的能量集中度测试。分析了测试系统的误差源并标定了各项误差值, 通过误差和不确定度分析得到了精确的测试结果。实验结果表明, 所述的低温镜头能量集中度测试精度优于7.5%, 具有工程应用价值。

对复杂背景下暗弱点目标和背景杂波特性进行了分析,提出了一种基于全方位多尺度的形态学滤波和局部特征准则的点目标检测方法。实验结果表明,在复杂背景和低信噪比条件下,所提算法的目标检测概率达到99.8%,虚警率为0.1%。与最大中值滤波法、高斯差分尺度空间法、高斯混合模型法进行对比,结果表明,所提算法对复杂背景的抑制作用较好,且算法复杂度不高,易于实时实现。

随着水下光通信、传感和激光雷达等领域的快速发展, 深入研究海洋湍流对光束传输特性的影响具有重要的意义。采用数值模拟方法研究了慧差光束通过海洋湍流的传输特性。研究结果表明海洋湍流会导致光束慧形分布消失; 慧差光束的质心位置与最大光强位置不重合; 相比于以最大光强位置为中心、以光束质心位置为中心时计算得到的束宽要小, 但其受海洋湍流影响更大; 以能量Strehl比作为评价参数时, 慧差越严重, 则光束能量集中度受海洋湍流影响越小; 以β参数作为评价参数时, 当慧差系数取某特定值时, 光束能量集中度受海洋湍流的影响最大, 在实际应用中应该避免这种情况。能量Strehl比与β参数的物理含义不同, 分别表示按照给定桶半径内所含能量定义的能量集中度(能量Strehl比)与给定桶中功率百分比定义的能量集中度(β参数), 两者受海洋湍流的影响是不同的, 这在实际应用中应当特别注意。

线结构光视觉传感器的光条成像质量是判断摄像机曝光时间设置是否合适, 系统能否达到最佳测试精度的重要因素。从横截面近似高斯分布的光条出发, 综合考虑影响能量集中度的峰值灰度和光条宽度, 提出了一种基于加权能量集中度的光条像质量评价方法。光条图像和背景图像作差获取差分图像, 提取光条直线方程并根据法线方向旋转差分图像使得光条完全垂直于图像水平轴, 获取光条的截面灰度分布情况, 并计算加权能量集中度, 根据经验阈值判断光条成像的质量。实验表明, 随着曝光时间加大, 加权能量集中度在数值上先增大后减小, 因此通过阈值可以很好地评价光条成像质量。

SVOM天文卫星附属的地基广角相机阵(GWAC)含有36个广角望远镜, 其短时标的高精度自动观测建立在实时自动调焦的基础上, 本文将对广角望远镜实时自动调焦的图像清晰度评价方法进行研究和实现。文章首先比较研究了常用望远镜图像清晰度评价方法的原理及在GWAC系统上的适用性, 得出基于星像能量集中度的两种方法: 星像50%能量半径、PSF的FWHM值适用于GWAC系统。区别于常用天文软件包IRAF费时的算法, 本文提出了基于点源强度分布进行PSF拟合计算FWHM的方法, 并进一步探究了诸如拟合模型、选星标准、定心精度、拟合半径、插值方法、插值间隔、FWHM后处理等关键方法参数对FWHM计算精度与速度的影响。最终得到一套适用于GWAC实时自动调焦的清晰度评价方法, 并用C++编程实现。本文中方法FWHM计算误差为0.046 pixel,精度与IRAF相当, 计算焦点位置一致; 单图(挑选后约300颗星)计算时间为0.67 s, 约为IRAF计算时间的1/20, 满足GWAC系统自动调焦的精度与实时性需求。研究结果在GWAC系统中得到应用, 并可为其他自动化望远镜观测系统提供参考。

分析阐述了频域光学相干层析术（SDOCT）系统参考臂和样品臂之间的色散不匹配对所获取的图像的频谱能量分布的影响。提出了一种基于图像频谱能量集中度的SDOCT 系统数值色散补偿方法。当图像频谱低频区域内的能量百分比最小时，表明系统色散匹配。实验中选取平面反射镜作为样品，验证了用该方法来衡量系统色散匹配的效果与传统的利用半峰全宽（FWHM）法来评定色散补偿的结果一致。最后获取了人体手指的在体光学断层图像，并用该方法进行了色散不匹配补偿。实验结果显示该方法能够有效地对系统色散进行补偿，从而提高了图像的分辨率。

针对低频波前对光束质量的影响，优化设计了一个口径为300 mm、半径与厚度比为20的薄型光学镜面，被用来对低频随机畸变波前进行补偿，并详细分析了补偿前后的光束质量变化。结果表明: 无论是低频随机相位空间尺度参数变化，还是低频相位振幅参数发生改变，低频畸变经过补偿后，畸变波前明显变小，相位梯度在整个空间周期内都降低，远场强度的峰值增加，能量更集中，且能量集中度最高提高约50%。

在惯性约束聚变(ICF)研究过程中，焦面上聚焦光斑形态要求极为苛刻。基于离线测试平台，从实验上研究了各种应用误差对连续相位板(CPP)远场焦斑能量集中度的影响。得出光束旋转误差、口径误差、平移误差和倾斜误差在可控范围内CPP远场焦斑能量集中度均高于95%，其波动范围小于0.5%，CPP的容忍度较强。而实验畸变波前属于空间频率小于0.02 mm-1的低频波前，严重影响了CPP的整形能力，波前畸变是影响能量集中度高于90%的主要因素。

利用多光束激光输出耦合叠加是一种提高激光器输出功率的有效方法。采用两束矩形激光对准系统, 分析两光束不同对准情况下的焦斑特性。完全对准的情况下, 两束光的远场焦斑重合在一起, 焦斑能量是两光束能量之和。在实际光束对准系统中, 讨论了三种常见的对准误差, 并比较了这些误差对焦斑特性的影响。利用ZEMAX软件对设计系统进行了模拟分析, 并进行了实验验证。结果表明, 元件的位置误差会使远场焦斑能量集中度降低, 焦斑半径增大。