利用圆形印鉴中心的五角星所在区域红色像素分布集中的特点，提出了一种基于平滑卷积定位的圆形印鉴提取算法。该算法首先将彩色票据图像转换为灰度图像，接着利用平滑卷积定位五角星区域中的一个像素点，以这个像素点邻域的平均灰度值作为阈值二值化票据图像，然后搜索圆形印鉴边框，计算圆心坐标和半径，从而实现印鉴的提取。同时，为了提高提取速度，通过适当减小卷积过程中图像的分辨率，优化了整个提取过程中时间复杂度最高的平滑卷积算法。实验结果表明，这种方法能够在复杂背景下有效地提取出圆形印鉴，在经过算法优化后，提取速度提高了近12 倍。

本文主要探讨光学遥感图像融合中空间分辨率之比对融合质量的影响。采用IKONOS-2 全色与多光谱图像，通过重采样的方法模拟空间分辨率之比连续变化的融合输入数据，并进行Gram-Schmidt 融合实验，补充已有成果中空间分辨率之比变化不连续、融合方法单一的现状。结果表明：当空间分辨率之比降低时，融合质量随着下降，实际应用中，多光谱图像的空间分辨率越高越好；当空间分辨率之比很小时，应适当降低全色图像的空间分辨率，以减弱融合图像的光谱变形，提高融合质量；此外，即使空间分辨率之比很小，融合后图像也比融合输入多光谱图像的清晰度高，更利于图像判断与后续处理。

本文讨论了用传统Toeplitz 方法进行图像恢复的特点和不足之处，针对传统Toeplitz 反降晰方法的缺点，提出了一种应用于图像恢复的线性实对称反降晰简化方法及相关算法。该方法通过合理的对应映射和截断处理，近似得到反降晰有限尺寸的逆核。围绕映射矩阵的形式和逆核截断尺寸的选择这两个关键问题，文中作了详细的分析和探讨。对提出的算法进行仿真检验，并得到的效果明显优于传统Toeplitz 方法，说明了该算法的优点。

GPS 接收机输入信号的功率随时间而变化，如果采用固定门限判决是否完成捕获会出现检测概率降低或虚警概率提高的问题。鉴于此，提出了采用自适应捕获门限判决策略完成信号捕获。采用最大似然估计原理，根据判决统计量的样本值得到了噪声方差的最大似然估计，进而求得恒虚警率下的自适应捕获门限。同时，信号的平均捕获时间是GPS 接收机性能的重要指标之一，研究了载波频率与伪码相位均为不确定值时的平均捕获时间的计算方法，推导了平均捕获时间与信噪比及门限值之间的约束关系。分析结果表明，自适应门限捕获方法能减小平均捕获时间，实现信号的快速捕获。

针对运动阴影检测时单一阴影特征难以完全将前景和阴影正确分离，提出一种多特征联合运动阴影检测方法。考虑运动阴影的光照、色度、纹理和区域统计特性，提出采用小邻域光照的对数比值不变性来判定阴影，接着联合阴影HSV 颜色空间特性和梯度方向小块合并的阴影区域统计特性来实现多特征联合运动阴影检测。为了客观评价方法性能，采用一种改进的量化方法，对不同光照和环境条件下的视频序列进行测试。实验结果表明，该方法效果好，前景检测率和阴影检测率高，可应用于智能视频监控的目标检测。

针对复杂背景下钢丝绳图像难以准确分割的问题，提出一种新的基于纹理特征的图像分割方法。首先，采用局部二进制模式(Local Binary Pattern, LBP)特征直方图的一阶熵、二阶熵作为LBP 特征的统计测度，降低LBP特征的维数。同时选用边缘密度作为纹理描述的特征之一，弥补LBP 算子提取纹理特征不足、抗干扰能力差的缺点。然后以上述纹理特征构成特征矢量，采用模糊C-均值(Fuzzy C-Mean, FCM)聚类算法进行聚类分割。在实验中，对比了该算法与灰度共生矩阵、传统LBP 算子在钢丝绳图像分割中的效果。结果表明，该算法可以有效地对钢丝绳图像进行纹理分割，并能取得良好的边界定位效果，性能优于另外两种算法。

纹理是图像中非常重要的特征。提出了一种新的纹理特征提取算法，即对纹理图像进行离散小波框架变换后，利用同一变换尺度下的小波高频系数与低频系数之间的依存关系信息，构造系数共生矩阵，在此基础上进行纹理特征提取，而不是独立地提取各子带系数特征。考虑支撑向量机(SVM)在小样本数据库和泛化能力方面的优势，在分类实验中采用支撑向量机分类器，实验结果表明，基于这种共生矩阵特征提取分类算法能得到很好的分类结果。

提出了一种高精度编码器细分误差的快速评估方法——图形拟合法，建立了编码器光电信号的波形发生器，确立了曲线拟合优度的判据。运用图形拟合法，对实际采集的高精度编码器莫尔条纹光电信号进行分析，得到细分误差曲线。与传统检测方法得到的细分误差进行比较，结果表明：图形拟合法用于评估高精度编码器的细分误差，设备简便，检测方法简单；数据处理由评估分析软件实现，时间短，结果显示直观；可以用于工作现场检测，能够避开速度的影响，对于研究高精度编码器动态精度特性具有重要意义。

本文提出了一种新颖的虹膜图像预处理方法，该方法打破了传统的定位思想，并且将噪声检测的过程由空间域转到频域来完成。首先，在原始图像上填充瞳孔内的光斑；其次，将人眼图像展开成矩形，在矩形图像上以点线检测代替传统的圆检测确定虹膜的内外边界，并进行归一化；最后在归一化后的虹膜图像上利用2D-Gabor滤波器的方向选择性检测眼毛和眼睑，标记干扰区域。实验证明，该方法可以解决内边界不是理想圆造成的瞳孔遗留或纹理损失问题，而且显著降低了虹膜定位时间，提高了虹膜识别的准确性。

针对电容式传感器采集的指纹图像的特点，本文提出了一套完整的指纹图像预处理组合算法。该算法充分考虑到了采集到的指纹图像的质量和图像面积等问题，且从全局角度出发在当前原有算法基础上加入了两次滤波去噪来增强指纹纹线并有效消除噪声以得到更清晰准确的处理结果。算法首先对采集到的指纹图像采用边缘保持滤波法去除噪声；然后使用基于纹路方向性的Cabor 滤波图像增强算法增强去噪后的指纹图像，减少因指纹旋转及平移因素造成的误差；接着对增强后的图像采用动态阈值法进行二值化处理并进一步地二次滤波去噪；最后采用基于形态学的细化算法对二值图像进行细化将其变为点线图。实验证明，通过该算法处理后的图像很好地保留了纹线的关键信息，有利于后续的指纹特征提取和匹配。

采用特定的“导电硅橡胶基片/绝缘膜层”微透镜阵列内芯材料，研究其表面的介质上电润湿(EWOD)特性。实验获得了不同绝缘层厚度和相对介电常数下导电液滴接触角随电压变化的图形，得到了不同材料组合的EWOD特性。实验结果表明，导电液滴接触角的余弦值随电压的增大而增大；在硅橡胶绝缘层厚度不同的情况下，绝缘层厚度与接触角余弦值变化率成反比；在绝缘层相同厚度情况下，硅橡胶绝缘层性能要优于派瑞林绝缘层。相关结论为新型微流控光学变焦透镜阵列器件的设计和研制提供了重要依据。

针对传统调制度轮廓术测量速度较慢的问题，本文提出了彩色双通道投影的调制度轮廓术。该方法将两个正弦光栅通过不同的通道同时成像在被测物体上，两光栅像面不重合(相互离焦)，采用彩色CCD 采集条纹图，利用彩色CCD 的色通道性质，分离出两个单一通道的条纹图，得到其调制度分布。由于调制度比值和物体高度存在一一对应关系，由此可重建物体三维面形。文中给出了实验的设计方案、信息获取的方法、实验结果及误差分析，讨论了影响测量精度的几种原因。实验结果表明，该方法测量深孔等面形复杂物体，测量速度快，算法简单，且可以达到较高测量精度。

自适应光学系统中采用CCD 作为哈特曼波前传感器的光斑质心位置探测器时，由于光斑的高斯宽度较小会带来大采样误差。针对该问题，本文详细分析了采样误差形成的原因，建立了采样误差、位移敏感度和开环动态范围与光斑高斯宽度、光斑位置以及子孔径大小的数学模型，提出标定时光斑质心的最佳位置是子孔径中心四像素的中心。因为在该位置处，CCD 的质心探测具有闭环时采样误差为0，位移敏感度最大，且开环时动态范围最大的特点，为哈特曼波前传感器的标定方法的研究提供了理论依据。

通过对几何光学和物理光学模型的数值计算，分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况，进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围。结果表明，波前自由传播时的变化程度决定于像差自身的类型和大小、光束的口径以及传播的距离，大口径小像差波前近距离传播时波前变化误差很小。一般来说，变形镜和波前传感器偏离被校正瞳面共轭位置距离满足菲涅尔数大于1000 时，对系统校正效果的影响可以忽略。实际应用中，应该根据校正对象的特征来具体计算波前误差随传播距离的变化，从而设计波前传感器和变形镜的位置，以及选择使用4F 光学系统。本文的分析可以为自适应光学系统的整体光路设计提供一定理论参考。

为满足较高面形要求，实现空间反射镜的高度轻量化设计，在直径500 mm 圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法。依据变密度法建立SIMP 模型，在反射镜光轴方向重力的工况下，以结构整体柔度为设计约束，最小体积为设计目标，经过迭代，得到了RMS 值小于5 nm，轻量化率达到75.83%的结构。在同等质量下，传统的三角形孔轻量化结构的RMS 值为8.17 nm，轻量化率为67.39%。并对优化后的结构与三角形轻量化结构在径向重力工况下进行了面形对比，计算结果满足设计要求。拓扑优化的轻量化方式在面形和轻量化率上都优于传统形式。

考虑了星敏感器的方位和俯仰角度，给出了一种星空背景和目标的星敏感器序列图像模拟方法。利用TLE轨道根数与SGP4/SDP4 模型计算出星敏感器和目标的精确位置和速度。考虑了传感器坐标系、星体坐标系、2000.0地心惯性坐标系三者的关系，对背景和目标分别计算其在CCD 中的成像位置和灰度值并叠加生成序列图像。最后在图像仿真的基础上，分析了图像中背景与目标的运动性质。对背景和目标在图像中运动性质的分析结果对于弱小目标图像检测问题的解决也有帮助。

在光学投影系统中，激光经各种元件散射后在投影屏上形成一次散射散斑，投影屏对激光的再次散射，经人眼成像后在视网膜上形成二次散射散斑。在激光投影系统的照明系统中，引入位相调制器调制照明光束，可抑制在投影屏平面上的一次散射散斑，和投影屏二次散射后在人眼视网膜上的二次散射散斑。通过简化的投影系统，对二次散射散斑形成和抑制进行了理论分析，获得了二次散射散斑抑制的条件和抑制后散斑衬度的规律，并进行了仿真和实验验证。理论结果表明，在一定条件下，一次散射散斑与二次散射散斑的衬度变化规律相同。对简化模型进行了仿真计算，得到在投影屏上的像面散斑衬度为0.009 6，在探测器平面上的二次散射散斑的衬度为0.019，表明位相板调制投影系统照明光束能抑制一次散射散斑和二次散射散斑。对理论和仿真结果进行了实验验证。

针对实际系统中的单轴干涉式光纤陀螺仪结构与稳定性问题，提出将Lyot 消偏器引入到陀螺光学结构中，新结构在不改变原陀螺光路高精度特性的基础上，使系统输入极低偏振度的自然光，提高了单轴光纤陀螺的精度和稳定性。利用琼斯矩阵与干涉矩阵建立了单轴干涉式光纤陀螺的系统模型，对该陀螺的输出及零点偏移情况进行了仿真分析和实验研究。结果表明，该设计结构在提高了陀螺系统的精度与稳定性的同时，还在一定程度上降低了系统对光源偏振度的要求。

提出了非球面人工晶体的设计思路及方法，即根据个体人眼的角膜地形图，将其转换为波前图，获得Zernike系数Z40 (球差)项，在该球差值基础上设计并得到非球面人工晶体结构参数。对植入9.5D 和20.5D 人工晶体的两实际患眼成像质量的模拟分析表明：以本文方法设计的非球面人工晶体在对人眼系统的MTF，对比敏感度及离焦MTF 的改善上都明显优于传统的球面人工晶体，光学性能良好。本文为非球面人工晶体的设计提供了切实可行的方法，并为其在临床上应用提供了一定的理论基础。

凸轮曲线优化是机械补偿变焦距光学系统后期设计的一个重要环节。只有沿着准确的凸轮曲线控制变焦距系统的活动组份，才能保证有稳定良好的像质。本文提出一种基于ZEMAX 的凸轮曲线优化设计新方法。该方法利用ZEMAX 宏语言编写变焦距系统凸轮曲线设计程序，得到变倍组和补偿组之间准确的相对位移关系。同时，该程序能够计算出随着光学系统焦距变化的像斑尺寸连续变化曲线，实现在设计凸轮曲线的同时，随着焦距的连续变化，实时了解光学系统综合像质走向。此举对凸轮曲线的合理性提供了至关重要的佐证。

激光通信系统需要评价和定量分析，且存在多个评价指标。针对评价指标的模糊性、相对性和多样性，为了对激光通信系统进行定量评价，采用灰色系统理论中的灰色聚类分析法。首先对具有模糊性和相对性的评价指标进行灰量白化，然后将激光通信系统按照聚类指标进行灰色聚类，计算不同激光通信系统所有指标的综合聚类效果，最后以聚类类型作为各系统定量评价的依据。该方法将多指标决策问题转换为单一指标决策问题，它是一种定量评价激光通信系统的新方法。

针对空间发光点所成光斑图像中心的高精度提取问题，本文提出一种亚像素提取方法。该方法建立了具有高斯能量分布的空间发光点的透视投影光斑图像灰度分布数学模型，证明了空间发光点能量中心的透视投影不变性。通过对光斑图像二阶方向导数和自相关函数的分析，获得Hessian 矩阵并推导出像素级光斑图像中心的判定条件，再将图像灰度分布函数在光斑图像像素级中心的亚像素邻域内泰勒展开，并求取光斑图像灰度分布曲面的局部极大值点作为亚像素级光斑图像的中心点。与现有经典方法的对比仿真实验结果表明，该算法具有更高精度和更好的鲁棒性，可广泛应用于视觉检测的摄像机标定、三维形貌测量等任务中(类)光斑中心的高精度提取。

对巡航导弹尾焰的流场分布进行了分析，建立了简化工程模型。该模型可在已知尾喷管压力、温度的条件下计算尾焰的温度场和压力场分布，与计算流体力学在相应条件下模拟的尾焰流场特性基本一致。进而以C-G 谱带法计算简化模型的辐射亮度分布。计算结果表明，巡航导弹尾焰核心区的辐射亮度特征明显；尾焰辐射3~5 μm波段可作为探测尾焰的主要波段；辐射亮度在与尾焰垂直方向最强。本文的结果可为探测巡航导弹及空间相机的谱带选择提供依据。

针对布里渊分布式传感技术在实际工程应用中的测试信号受外界环境干扰从而影响测试精度的问题，本文提出采用小波信号处理方法对布里渊分布式光纤传感技术的实测信号进行滤噪处理，并以基于布里渊光纤传感技术的实体智能拉索的应变测试数据进行了验证。实验结果表明，该信号处理方法可以有效的消除测试应变中的噪声，提高了索力测试精度，滤噪前后拉索总平均测试索力相对于控制索力的最大相对误差分别为8.8%和5.1%，适合对含噪布里渊传感测试信号进行的滤噪处理。

针对高功率多模光纤放大器中稀土离子掺杂分布和形状对系统输出特性的影响，本文进行了数学模拟和理论分析。根据多模掺杂光纤速率方程考虑了种子光端面激励特性，并对纤芯模式耦合系数矩阵进行了修正，建立了多模光纤放大器理论模型。通过对功率传输方程组的求解，数值模拟了不同激励条件下6 种均匀和抛物线形掺杂的双包层掺Yb³⁺光纤接入放大器的输出特性。计算结果证明：不同激励条件下，掺杂离子分布对输出特性的影响存在差异；通过设计光纤内掺杂离子分布规律和形状能有效抑制放大器中的高阶模式，提高输出光的光束质量。

记录着不同深度位置的粒子全息图在数值重构过程中由于直透光、孪生像的影响以及离焦粒子像的存在，导致了聚焦粒子再现像质量的下降。针对这一问题，本文提出一种数值处理方法来减小上述三因素对聚焦粒子再现像的影响。该方法通过对数值重构出的两个聚焦与非聚焦面上粒子复振幅相减，将直透光、孪生像和离焦粒子像对聚焦粒子的影响同时减小，因此提高和改善了聚焦粒子再现像的对比度。在同轴数字全息层析再现粒子场过程中，该方法适用于在某一聚焦面仅显示聚焦粒子。此外，该过程仅需要一张全息图，而且不需要对全息图做预前和后期处理。给出了简要理论以及仿真、实验结果。

实时全息干涉法可以观察记录整个测试过程中条纹图的动态变化，传统相位提取算法只适合于静态干涉条纹图相位的提取。根据实时全息干涉条纹和希尔伯特变换的特点，提出了利用希尔伯特变换提取实时全息干涉条纹相位值的方法，采用了高通滤波的方法减少背景光强的影响，对铝片受力变形实验中实时全息干涉条纹的相位变化分布进行了提取。实验表明：希尔伯特变换法适合于动态条纹的相位提取，可以自动提取实时全息干涉测量过程中全场各点在任意两个时刻间的相位变化值，且测量结果与实时全息干涉条纹人工分析结果一致。

热带降雨测量卫星所携带的测雨雷达是世界上第一颗星载测雨雷达，对其反演算法展开研究在算法开发及数据应用等方面具有重要意义。本文在介绍NASA 与JAXA 反演雷达反射率因子的标准算法的基础上，对反射率因子反演算法进行了改进。改进算法根据星载测雨雷达每个观测单元上的降雨率计算出等效雨滴直径，对不服从瑞利散射的观测单元的反射率因子值进行修订，然后再执行衰减订正。本文采用了更合理的5 km×5 km×1.5 km 三维网格，将处理结果与地基雷达数据进行了点对点的定性与定量比较。结果表明，改进算法以较小的计算量增加为代价，获得了反演精度的提高。