根据光学补偿变焦距理论，作者设计出光学补偿式步进变焦物镜。和传统的用加倍率镜的方法实现步进变焦相比。这种变焦距物镜有两个优点，一是可以实现高倍率变焦，二是容易消除在变焦过程中产生的像点移动现象。本文说明了其原理，并给出了变焦倍率为2.5×的一步变焦，16×的二步变焦和8×的三步变焦物镜设计实例。

针对强对抗条件下末制导导弹寻的问题，本文提出一种雷达间或工作的雷达红外双模导弹融合跟踪算法。设计了雷达/红外双模导引头协同工作模式，通过机动目标检测算法来判断雷达开机的时刻，从而减小敌机告警器告警概率、敌机导弹拦截概率和敌机电子支援措施锁定概率；并且，为了改善跟踪精度，将交互式多模型算法(IMM)算法和不敏卡尔曼滤波(UKF)算法结合起来，将其运用在雷达红外双模融合跟踪中。实验结果表明，与单独的红外跟踪相比，该方法能有效减少雷达开机时间，不仅提高了跟踪精度，而且增大了导弹击中目标的概率。

借鉴图像显著性区域的检测思想，提出一种基于局部二阶矩显著性估算的局部不变特征提取算法。利用二阶矩矩阵对尺度空间下局部图像的各向异性程度的估算作用，在图像尺度空间中对局部特征提取区域的信息显著性进行评估，并根据显著性进行局部不变特征的提取，提取出拥有较高显著性的局部不变特征，增加了匹配特征点对的数量和尺度跨度。真实图像实验证明，该算法在保持局部特征各种不变性的基础上有效地提高了特征提取和匹配算法的性能。

现有融合方法的融合规则不能根据图像的后续使用目的进行自适应调整，不同融合方法的优点也不易综合，为解决这些缺点，提出一种基于粒子群优化算法的融合方法。该方法首先把利用DBSS(2, 2)离散小波变换和梯度金字塔融合方法分别产生的图像一起作为初始粒子，然后根据后续处理的要求来构造由多个图像评价指标的加权和所组成的目标函数，再利用粒子群优化算法来优化目标函数从而获取最终的结果图像。两组实验从主观视觉和定量评价指标(标准方差、平均梯度、熵、空间频率、相关系数、均方交叉熵等)两方面证明了该方法的有效性。

在高斯类点扩函数退化图像复原的研究中，提出了一种基于降晰图像频谱特征改进的APEX 图像复原算法。该算法采用APEX 算法的基本原理，根据图像频谱信息特征，对点扩散函数(PSF)估计过程进行了改进，采用加权最小二乘算法拟合出降晰图像频谱主方向，采用图像频谱主方向上的数据进行PSF 估计，以利用更多的有效数据，从而减少PSF 的估计误差。针对模拟和实际采集的降晰图像进行实验，采用主观视觉和峰值信噪比进行评价。实验结果表明，改进的算法较使用非主频谱方向上的频谱数据的复原算法在复原效果上有一定的提高。

用口径400 mm、厚12 mm 的薄反射镜作为实验镜进行了主动光学实验。支撑系统由背部12 个主动支撑点和3 个固定支撑点组成，主动支撑点采用由压电陶瓷促动器和压力传感器组成的力促动器，用于控制实验镜面形，固定支撑点用于控制实验镜的定位。通过Shack-Harmann 波前传感器测量镜面面形并拟合出Zernike 像差，用阻尼最小二乘法计算出校正力，通过PID 算法闭环控制各促动器施加力的过程。通过主动校正，将初始支撑状态下的1.16λ (λ=632.8 nm) RMS 面形精度校正到0.07λ RMS，优于镜面抛光后的0.1λ RMS

介绍了子孔径拼接检测平面波前的基本原理，提出了基于均化误差和最小二乘法的多个子孔径同时拼接的数据处理方法，有效减小了误差传递和积累。用该方法对Zemax 仿真的望远镜光学系统进行了子孔径拼接检测，拼接光学系统波前和直接用Zemax 得到的全孔径波前对比，其峰谷值(PV)和均方根(RMS)的偏差分别为0.015 1λ和0.001 6λ。并用口径为100 mm 的小口径干涉仪对口径为200 mm 的平面镜进行了拼接实验，将其全孔径波前与直接检测的结果对比，其峰谷值(PV)和均方根(RMS)的偏差分别为0.055 9λ和0.000 4λ。实验结果表明了该算法的有效性，该方法不仅适用于检测光学元件，也适用于对光学系统平面波前检测。

针对光纤声传感器元件尺寸小、对探测灵敏度要求高的特点，本文提出了一套用于该传感器在线数据采集、灵敏度分析与调节定位的实验系统。通过分析不同工作距离下系统的接收光强度，得到了系统的灵敏度特性，并输出反馈信号控制光纤微调架自动、精确的调节到最佳工作距离，以使传感器获得最佳的探测灵敏度。采用该系统对平行结构的光纤声传感器进行了实验研究，实验结果表明传感器的最佳工作距离为160 μm，对声音的探测灵敏度为16 mV/Pa。

针对高帧频摄像机灵敏度较低与无法远程实时传输的难题，本文采用EMCCD 器件提高其灵敏度，并利用光纤通信与USB 技术实现高帧频图像的远程实时传输与记录。文章详细介绍了基于EMCCD 器件CCD60 建立相机的一种方法。利用CPLD 器件产生EMCCD 控制时序及视频同步处理控制时序，采用集成器件与分立器件相结合的方式建立EMCCD 垂直驱动电路，建立EMCCD 工作环境；然后，采用具有CDS 功能的集成器件对CCD 视频信号进行数字化，获得高帧频数字图像数据；再使用CPLD 器件与光传输编解码芯片结合的方式实现高速图像数据的远程实时传输，最后采用USB2.0 技术实现高速数据的实时采集。系统像素分辨率128×128，最高帧频可达1 000 fps，能应用于低照度高速图像获取场合。

针对在凹版印刷中表征套印误差信息的色标信号检测问题。本文依据各颜色画面相对背景色对光能吸收不同的光学原理，利用半透半反光玻片的异面性和光电池光电转换功能，设计和实现了一种色标检测光电传感器。针对光电池光电转换输出信号较弱且非数字性的问题，进行了信号调理。实验结果和现场应用表明，该光电传感器具有结构简单、检测距离远((10±2) mm)、光斑半径小(Φ1.5 mm)、灵敏度高、响应速度快(0.2 ms)、性能稳定可靠等优点。

本文采用棱镜型角度检测的方法，对表面等离子体振荡传感器进行精密检测。首先从理论上分析了温度对棱镜型表面等离子体传感器的作用机理，并根据机理进行了实验系统的设计。基于所设计的棱镜型角度检测SPR装置，研究了温度对表面等离子体振荡(SPR)共振角度的影响。实验给出了表面等离子体共振角度随被测液体温度的升高而下降的数值结果，斜率为-7.843×10-3/℃，并证明了温差控制对光传感技术中表面等离子体振荡(SPR)技术的实用化的重要性。

乒乓机器人轨迹跟踪中，由于摄像机成像畸变、目标高速运动造成的成像模糊和空气阻力等不确定因素会导致跟踪误差。针对这些问题，本文提出一种基于空气“阻力因子”估计的轨迹跟踪算法。该方法结合了Kalman滤波器快速高效的跟踪优点，先从空气动力学模型推导出“阻力因子”项，并将其引入状态向量，重新对增广的状态向量进行非线性特征建模，再采用针对非线性估计的扩展Kalman 滤波算法进行状态估计。实验结果表明，该算法跟踪精度优于传统轨迹跟踪算法(速度误差由±0.5 m/s 减少为±0.2 m/s)，并具有数值计算的实时性和高效性。

图像的边缘提取在计算机视觉系统的初级处理中具有关键作用，但目前仍是“瓶颈”问题。本文主要针对复杂背景下的目标边缘检测问题，提出了一种新的基于分形特征参数的目标边缘检测方法。算法基于分数布朗运动的方差性质提出一种改进的分形维数及其截距特征参数的计算方法，进而将该分形维数与截距特征参数相结合，提出了一种基于分形特征参数的边缘检测算法。实验表明，算法可以有效地实现目标边缘检测，同时算法的运算效率得到提高。

高光谱图像技术作为农产品无损检测的新技术，探讨了其在柑橘外部品质检测的可行性。以检测柑橘果锈为目的，首先对经预处理的高光谱图像数据进行主成分分析，优选出571 nm、652 nm 和741 nm 三个特征波长组成新的图像块；再进行第二步主成分分析，得到的第三主成分图像为最适宜检测柑橘果锈的图像；最后对该图像进行中值滤波、平方根变换、阈值分割和数字形态学运算完成特征提取。试验结果表明，此算法对柑橘果锈检测的正确率可达到90%。研究表明，利用高光谱图像技术结合两步主成分分析算法检测柑橘果锈是可行的。

传统的三维小波变换在不同维采用相同的小波基且频谱分辨能力也是相同的，这不能与超光谱图像的特性相匹配。本文提出了一种新的采用非一致小波基的去偶结构的三维小波变换的超光谱压缩方法。由于超光谱图像光谱维和空间维具有明显不同的特性而设计的，本文采用一种非一致小波基设计思路，对不同维使用不同的小波基并与去偶的小波变换结构结合在一起进行小波变换。为了获得符合不同维特性的最优的小波基组，本文通过评估指标来测试各种小波基组合的性能。实验结果表明，本文提出的方法能够明显提高超光谱图像的压缩比，且不需牺牲计算复杂度、可扩展性等额外代价。

针对外科手术导航光学定位仪参数标定过程繁琐和对应点匹配歧异性大的问题，进行了双目立体视觉简化系统的研究。运用坐标变换方法一次性标定系统24 个参数；选用黑白棋盘格标记物和运用相似性度量原理，简化立体匹配过程、提高立体匹配准确度。利用标定后的系统对标记物之间的距离进行测量，在距双目视觉传感单元1.5 m 范围内误差小于1 mm。交叉韧带重建手术导航模拟实验表明：该系统具有稳定，可靠，标定方法简单，匹配准确，定位精度高的特点，能够满足外科手术导航的要求。

分析了导引头伺服系统的结构及其预置、稳定、搜索和跟踪等回路的功能。设计了基于双DSP 结构的导引头伺服系统控制器，以实现导引头的通信、扰动隔离以及目标跟踪等功能，介绍了其硬件与软件实现方法。分析了导引头伺服系统的扰动隔离与目标跟踪原理，并以方位轴稳定回路为例，提出了基于dSPACE 半实物仿真系统的数字控制器设计方法。扰动隔离仿真与目标跟踪试验结果表明：所设计的导引头数字控制系统具有较高精度，基本满足导引头的扰动隔离与目标跟踪功能。

针对光束在大气中传播时，大气湍流引起的光强起伏等现象。为了探索寻求减弱或者消除湍流的影响的途径，本文采用数值模拟的方法，分析了湍流大气对(零阶)贝塞尔高斯光束轴上光强的影响。分析发现，在湍流环境中，贝塞尔高斯光束的轴上光强都随着传播距离的增加而减小，湍流越强，光束的轴上光强减小越快。贝塞尔高斯光束的径向波矢量越小，轴上光强的稳定性越好。贝塞尔高斯光束轴上光强的稳定性随着传播距离的增加而变坏。贝塞尔高斯光束跟同样束宽的高斯光束相比较，贝塞尔高斯光束的轴上光强受湍流的影响较大。

研究并给出了参考光束型激光多普勒测速仪中计算信噪比的一般公式，并进行数值模拟，分析了光斑尺寸和探测器孔径对信噪比的影响；同时给出多普勒电流的计算公式，并从理论上分析了参考光束与信号光束的空间位置关系对多普勒电流的影响。理论分析及数值模拟表明，信噪比是参考光光强的增函数，但当参考光光强达到一定值时，信噪比增加的非常缓慢，趋近极限值ηI_s/(hνΔf )；两光束艾里斑尺寸相当时，信噪比最大，可达0.7ηP_s/(hνΔf )。两束光不平行时，多普勒电流的大小与两束光的角度偏差关系很大；而两光束平行时，光束入射角对多普勒电流几乎没有影响。

目前散货装船过程中，由于缺乏可靠精确实用的装船系统状态参数测量方法，而致使无法实现全自动化的装船作业。针对这一情况，本文提出了一种利用激光扫描仪实时测量散货装船系统的多个状态参数的方法和装置。该方法根据激光测距原理，利用扫描仪获取的数据，采用图像处理中的线条拟合技术，可以实时准确地计算出装船系统中溜筒相对于船舱的位置、溜筒相对于舱内物料的位置、舱内物料的高度以及船体的倾斜状态等参数。本检测系统的装置被应用于散货自动化装船过程中，在散货码头进行了实地测量实验，实验结果证明了本系统的准确性、可靠性和实用性。

本文提出一种可用于直接检测雷达的步进时间间隔脉冲串实现脉冲积累的新方法。在接收机端，包络检波信号通过一种修改的互相关算法进行处理，彻底消除所有伪相关峰，从而获得完美距离旁瓣特性。这种完美特性在理论上进行了证明，并给出了具体实现结构。仿真结果表明了新方法的正确性和显示出其良好的相关性能。此外，新方法易于实现且与传统直接检测雷达兼容，能够应用在不需要多普勒信息或很难提供相干性的雷达中，如短脉冲激光雷达和超宽带冲激雷达。该方法也适用于常规非相干雷达的升级。

为了提高水平式光电望远镜的精度，满足技术指标要求，针对水平式跟踪架结构照准差的检测原理和方法，在对地平式光电望远镜照准差检测原理进行分析的基础上，本文提出了检测水平式望远镜照准差的方案。该方法根据在研水平式光电望远镜因结构限制不能打倒镜的特点，采用两个自准直经纬仪对照准差进行了检测，测得照准差为4′1″，检测精度为9″。实验结果表明，与基本参数模型的回归分析结果相比较，在检测误差中包含望远镜筒重力变形产生的视轴偏差(1′4″, 2′4″)，并提出了同时检测这一偏差和照准差的方法。

针对现场激光粒度仪中颗粒粒径分布的反演计算方法，对非独立模式法中的R-R 分布法进行了研究。同时设定多组R-R 分布的尺寸参数X 和分布参数N，采用多个线程同时反演计算目标函数(拟合误差)。经过最后比较，找出函数值最小的目标函数，即认为现场颗粒的粒径分布服从该目标函数对应的R-R 分布。现场激光粒度仪的实验结果表明，在使用5 个线程时，每反演一次的平均时间小于1 min。该改进方法的原理简单，准确度和重复性高，计算速度快，能够满足现场颗粒粒径的实时测量要求。

针对光纤延迟线的高精度的要求，基于光开关和光纤，设计了光纤延迟线的拓扑结构，分析了光纤连接误差和光开关误差对延迟线精度的影响，本文提出了一种减小光开关状态误差的方法。在Matlab 的环境下，计算出所有可能的拓扑结构以及相对应的误差值。通过设定条件选出最小的误差值所对应的拓扑结构，并用于高精度光纤延迟线的设计。仿真证明，采用优化的拓扑结构，当开关误差小于1 ps 时，延迟误差优于2 ps。用磁光开关和单模光纤构建了5 bit 光纤延迟线，经过测量，实验结果表明当步进为100 ps 时，误差优于2.98 ps。

制备了Pr(DBM)₃Phen 掺杂的聚合物光纤，研究了Pr(DBM)₃Phen 在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的吸收光谱和荧光光谱。根据修正的Judd-Ofelt 理论，用吸收光谱计算镨离子在PMMA 中的强度参量：Ω₂=46.334×10^-20 cm²，Ω₄=18.897×10^-20 cm²，Ω₆=1.610×10^-20 cm²。用该参量计算镨离子(³P₀、¹D₂)激发态的辐射寿命及各能级之间的辐射跃迁几率和荧光分支比，同时计算了(³P₀→³F₂、¹D₂→³H₄)受激发射截面。分析表明，Pr(DBM)₃Phen 掺杂的聚合物光纤有望发展为聚合物光纤放大器和激光器。

基于四个独立数码相机构建的组合大面阵数码相机，克服了数码相机像幅小，基线短的缺点，满足高精度、高效率的大比例尺低空摄影测量应用。针对组合大面阵数码相机简易的机械结构带来了航摄过程中机械变形问题，提出了基于每两幅影像重叠区内的同名点的相对自检校方法；针对不同投影中心的影像拼接成同一投影中心的虚拟影像的几何模型，提出影响成图精度的因素。实验证明，相对自检校有效纠正了航摄过程中机械变形，满足影像拼接的几何精度。

对纹理图像进行局部一维离散傅里叶变换，把傅里叶变换能反映图像纹理的高频部分的振幅谱作为纹理的特征向量。利用模糊概念定义模糊特征向量，把模糊特征向量集成到Snakes 模型。改进的Snakes 模型使活动轮廓曲线在曲线内部力场、图像梯度力场和特征向量对区域的模糊隶属度确定大小的曲线法向力场的共同作用下运动。对纹理实验图像和真实图像的进行了分割实验，实验结果说明新的模型能对图像纹理进行有效的分割，模糊特征的融入扩大了Snakes 模型分割图像的范围。

论文提出了一种在小波变换域内基于二值离散运算的自适应数字图像水印算法。算法利用人眼视觉掩盖特性，根据要嵌入的伪随机数水印长度自适应地选择原始图像小波逼近子图中纹理信息丰富的图像子块，通过对这些图像子块系数的二值离散修改实现水印的嵌入，水印检测无需原始图像。由于水印的嵌入与检测是基于二值离散运算，所嵌入的水印具有很理想的鲁棒性，能免疫于常规图像处理方法的有限攻击。同时，嵌入的水印具有理想的隐蔽效果，完全满足水印不可觉察性要求。

针对存在着无旋转角度的线性位移模糊的图像，本文提出了一种新的基于脉冲耦合神经网络(PCNN)的边缘-参数曲线模糊分析法来辨识位移参数。该方法利用归一化的局部熵变换和改进的单阈值PCNN 模型构造一个新的边缘因子，提取出模糊图像的边缘和纹理信息；通过边缘因子与对应的线性匀速运动参数构成的边缘-参数曲线，可以准确地辨识该模糊图像的位移量。实验结果表明，该算法产生的辨识曲线性能稳定，辨识方便准确，可辨识的有效线性移动模糊参数范围可到4～30 个像素。