提出了一种测量微通道板(MCP)量子效率的方法.该方法选用激光等离子体光源作为极紫外辐射源,使用传递标准探测器-硅光电二极管标定光源强度,用标定后的光照射待测MCP,采用直接测量电压来间接测量探测器输出电流,再计算出MCP量子效率.实验结果表明,在12～40 nm,MCP量子效率为2%～12.3%,量子效率随波长的增大呈下降趋势.测量与误差分析表明,导致MCP量子效率测量结果变化的主要因素是光源稳定性和机械转动精度.通过与计数方式测量结果比较,进一步验证了本测量方法的正确性.

提出了对压电泵中的动力元件-压电振子进行特殊绝缘处理的方法,使压电振子在两个方向弯曲变形时都有输出工作能力,形成双面作用的绝缘压电振子.阐述了由一个绝缘压电振子形成两个工作腔体的双作用压电泵结构.根据小挠度弹性弯曲理论导出了绝缘圆形复合压电振子的弹性曲面微分方程,阐述了绝缘处理方案和过程,并对其绝缘特性进行了分析.对绝缘压电振子进行了实验测试,实验结果表明:双作用绝缘压电振子不仅具有绝缘特性,而且具有良好的韧性和强度,其击穿电压比未经绝缘处理的压电振子的击穿电压提高了20～30 V.

基于反螺旋理论与虚拟机构法对一种特殊3-UCR并联机构的瞬态运动特性进行了分析.利用支链与动平台的一阶影响系数矩阵之间的关系,建立了此并联机构在螺旋坐标系下的瞬态运动数学模型,得出了一阶影响系数矩阵只与机构输入参数和机构构型有关的结论.提出的建模方法同样适用于其它欠自由度并联机构的瞬态运动特性分析,运用该数学模型,可得到任意瞬态的螺旋系节距.分析表明,该机构具有两转动一平动的瞬态运动特性,并利用动静平台平行位姿时的具体数值实例,验证了上述分析结果.

激光二极管(LD)泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473 nm激光器在不加入腔内特殊元件的情况下,倍频输出功率往往具有很大的高频噪声,即所谓的"蓝光问题",这很大程度上限制了473 nm蓝色激光的应用.为了降低该激光器件倍频输出功率的高频噪声,采用了提高腔内基频光循环强度和缩短激光晶体以减小准三能级激光系统再吸收损耗的方法来实现473 nm激光器的低噪声运转.实验中利用两个2 WLD耦合作为泵浦源及1.0 mm厚的Nd:YAG材料作为激光晶体,在利用10 mm长LBO材料作为倍频晶体的情况下,获得了输出功率为195 mW的具有低噪声特性的473 nm蓝光激光运转.实验结果表明,倍频输出功率(峰-峰)/平均值＜1%,激光输出在1 h内没有激光跳变现象,并且无需在腔内引入其它元件.

提出了一种对频域光学相干层析(OCT)系统中压电陶瓷相移器进行标定的方法.该标定法是在用干涉条纹跟踪法初步标定的基础上,用差分光谱法进行精确标定来实现的,可将标定精度提高约6%.在差分频域OCT系统中进行了实验验证,表明该方法能够将频域OCT图像的信噪比提高约10%.

针对序贯蒙特卡罗(Sequential Monte Carlo,MC)算法存在的计算量大的缺点,提出了一种新的Mean Shift Monte Carlo(MSMC)目标跟踪算法.在传统的MC算法中采取Mean Shift这种梯度最优下降法来寻找局部最大样本值,以目标的颜色特征建立目标状态空间模型,并用Bhattacharyya系数作为评价函数给出样本的权值.算法以少于300个样本(实验用200个样本)来保持对目标运动状态预测的多样性,有效地克服了MC算法收敛速度较慢的弱点,将算法的计算时间从76 ms/frame降低到了35 ms/frame(跟踪窗口为28 pixel×26 pixel).实验结果表明,提出的算法能够在发生遮挡的情况下实现较稳定的目标跟踪,使算法应用于实际工程成为可能.

提出了一种基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法,它将校正过程分成两步.首先利用恒定统计方法滤除由通道放大器引起的固定图案噪声,然后采用改进的神经网络方法,进一步校正由探测器响应产生的非均匀性.实验结果表明:该算法在第20帧时就能够收敛到一个较好的水平,此刻校正图像的平均绝对误差(MAE)和峰值信噪比(PSNR)值分别为2.9和39.2.由于本算法是递推进行的,并且具有收敛速度快、计算复杂度低等优点,因此易于工程实现.

提出了基于粒子滤波的目标跟踪算法,并给出了系统硬件构成.针对图像跟踪中的非线性滤波问题,采用了粒子滤波算法.分析了粒子滤波算法中的退化现象,设计了一种新的重采样算法.算法中样本的权值将直接决定该样本是否应该被保留和以后的使用次数.对区分权值大小的阈值进行动态调整,在迭代的初始阶段,调整阈值保证半数以上的粒子为"大"权值.在粒子滤波的框架下,采用相关跟踪算法.算法仿真结果表明,与系统重采样算法相比,新的粒子滤波重采样算法均方根误差减少一倍.对352 pixel×288 pixel大小的图像做到了10 frame/s的处理速度.

针对三种典型传感网的野外布设环境,对地表低空收发天线的路径损耗特性进行了现场实验测定,并对测试结果进行了线性拟合分析和建模.测试和拟合结果表明,地表无线信道与传统蜂窝无线信道模型存在较大差别,但仍可采用单折线或双折线模型进行表征,同时得出了一些有助于研究和设计无线传感网的信道传播特性和规律.所得的分析结果有助于深入研究野外地表无线传感网络,提高其仿真实际有效性.

提出了一种用于非均匀光照条件下人脸识别的光照补偿算法.该算法将人脸图像变换到对数域,并在对数域中计算二维小波变换,通过舍弃低频子带图像中的系数来实现人脸图像的非均匀光照补偿.由于人脸光照补偿是为了提高人脸识别性能,所以光照补偿的效果利用人脸识别率来表征.在Yale B人脸库中,本文方法的平均误识率可达到0.18%,比对数域离散余弦变换(DCT)光照补偿算法性能更佳;在CAS_PEAL人脸库中的实验结果表明,本文方法的性能与对数域DCT方法相近.

为改进等相关峰综合鉴别函数(ECPSDF)算法,提出了在其约束条件中利用空域构造样本(fi(x,y)-βm(x,y))取代训练样本fi(x,y),将平均训练样本m(x,y)引入到ECPSDF算法的约束条件中,得到了扩展ECPSDF算法(EECPSDF).在匹配滤波器设计过程中,针对目标图像、训练样本数和训练样本畸变量间隔,选择合适的β值,使设计的匹配滤波器性能达到最佳.对飞机图像的相关识别进行了模拟和实验,结果表明,当训练样本角间距分别取6°和8°时,其η值分别由0.858 4和0.671 9减小为0.214 5和0.186 5,EECPSDF算法能较好地克服ECPSDF算法的缺点.

提出了一种光学材料研磨亚表面损伤的非破坏性快速检测方法.基于印压断裂力学理论建立了亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系模型.使用磁流变抛光斑点技术测量了K9玻璃在不同研磨条件下的亚表面损伤深度,并验证了上述模型.最后,分析了研磨加工参数对亚表面损伤深度的影响规律,提出了高效率的研磨加工策略.研究表明:光学材料研磨后亚表面损伤深度与表面粗糙度成单调递增的非线性关系,即SSD～SR4/3.磨粒粒度对亚表面损伤深度的影响最显著,研磨盘硬度的影响次之,而研磨压力和研磨盘公转速度的影响基本可以忽略.利用建立的亚表面损伤深度与表面粗糙度间的关系模型能够实现亚表面损伤深度的快速、准确和非破坏性检测.

设计了9路线阵CCD相机组合的空间目标外姿态测量系统,该系统解决了面阵图像传感器用于姿态测量时存在的速度和精度的矛盾,能够实时重构放置于被测物体上的点合作目标在世界坐标系下的三维坐标,并经空间解算,确定被测物体的姿态角.该系统着眼于合作目标和相机光学系统的相对位置,解决了多相机与多点合作目标一一对应时的目标干扰问题;设计了新的光学系统构架,提高了精度,节省了空间;实现了多相机测量系统的局部标定和全局标定.图像采样率为1 316帧/s时,姿态测量精度为1′.测试结果表明,该姿态测量系统可以实现对被测对象高精度的实时测量,且具有合作目标简单,价格低廉等优点.

提出了一种基于加权邻域相关性的显微镜自动聚焦函数,并在研究显微镜聚焦原理及成像过程的基础上,分析了显微镜图像中像素邻域灰度相关性及像散现象对聚焦评价的影响.首先,分别计算每幅显微镜序列图像中各像素与其四邻域像素的灰度相关性.然后,计算基于此相关性加权平均值的二次多项式聚焦函数,其中的权值则根据对应像素与显微镜视场中心的距离来确定.最后,选取该函数值最大的图像为聚焦图像.实验结果表明,与经典的聚焦函数(如方差函数、绝对梯度函数、Roberts梯度函数及Tenengrad函数)相比,本文方法的聚焦灵敏度因子提高了0.318 5～0.326 8,噪声环境下聚焦的平均正确率提高了0%～40%.该方法能够准确地评价图像聚焦的程度,并具有较高的灵敏度和较强的抗噪性.

提出基于纹理特征及统计学模型的背景提取方法来完成背景的稳健提取和实时更新.根据灰度-基元共生矩阵建立图像的纹理特征描述并据此初步判断某一区域是否有运动目标,进一步基于混合高斯分布模型进行背景像素判别和背景提取,最后应用多分辨率计算方法提高算法实现效率.实验结果表明,该方法能够更好地适应光照条件的不同变化,特别适用于交通视频监控时图像亮度变化和路口交通繁忙的实际情况,能够准确地获取背景图像,计算时间仅为原来的1/4,从而满足了背景提取算法在复杂环境下的稳健性和实时自适应更新的要求.

为了优化2 m口径经纬仪主镜概念轻量化结构,根据柔性极小化原则,采用了有限元拓扑分析方法.分析得出,不同材料镜面的优化轻量化结构,其重点保留位置比较接近,最外圈半径为889.5 mm,最内侧圈半径为235 mm,中间几个保留半径为720～730 mm和610～620 mm;从轻量化率看,非圆形孔结构平均为70%,圆形孔结构为50%以上;比较微晶玻璃镜面两种轻量化的优化结果,固有频率均为300 Hz左右,相对于实体镜,定位作用反力降低很多.分析SiC镜面各种轻量化结构的镜面变形和固有频率得出:圆形孔非均匀分布和封闭六边形结构的镜面位移为(0.42～0.45)×10-5 mm,圆形孔均匀分布和开放式六边形结构为(0.58～0.59)×10-5 mm;圆形孔均匀分布结构的频率为1 200 Hz,圆形孔非均匀分布为1 680 Hz,六边形结构为1 620～1 670 Hz左右.分析结果表明,镜面重力载荷分布是非线性的,镜背轻量化结构分布也是非均匀的,这有利于控制镜面变形和固有频率,可供轻量化设计参考.

介绍了一种基于三反消像散系统的大视场长焦子孔径合成光学成像系统的设计方法.在利用菲涅尔衍射直接积分叠加的基础上对子出瞳波前进行了像质评估,以实现对拼接镜面的全面仿真和分析;用非序列面误差分析和分配的结果修改初始结构;通过高次曲面平衡像差,并在结构优化时使用较小F数的系统增加结构对子镜失调误差的冗余度,迭代完成系统的最终设计.设计了一个同轴三反子孔径合成光学成像系统,焦距为44 m,f/8,7子镜拼接,视场角达0.6°×0.06°,通过不断迭代,获得了较好的结构和成像质量.

针对激光陀螺反射镜常用材料微晶玻璃的加工技术,介绍了一种较为成熟的超光滑表面加工方法-定偏心浸液式抛光.分析了微晶玻璃的性能和微观结构,得出实现其超光滑表面加工所必须的技术条件.系统论述了提出的超光滑表面抛光方法的基本原理及其抛光工艺过程.通过多次工艺实验,稳定地获得了埃量级的超光滑表面.最后,采用Hilbert-Huang变换(HHT)非线性平稳信号的时域分析法,通过超光滑表面粗糙度分布曲线到Hilbert谱的一系列数学变换,得出主要抛光工艺参数与表面粗糙度之间的影响关系,对实际加工工艺过程与抛光结果进行有效反馈和指导.基于HHT的超光滑表面抛光方法可以稳定地获得Ra优于0.35 nm的微晶玻璃超光滑表面,目前最好结果为Ra=0.3 nm.

多层膜反射镜是30.4 nm正入射望远镜的主要反射元件,但它在紫外、可见和近红外光波段也具有很高的反射率,需要滤光片来消除这些长波辐射,而滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起重要作用.根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料.在考虑透过率和膜强度的基础上,确定了滤光片的膜层厚度.改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,其波长扫描精度为±0.017～±0.097 nm,对所制备的铝滤光片进行25.6～1 000 nm波段的透过率测量,测量结果显示其在30.4 nm 处的透过率为58.85%.为了比较全面地反映该种滤光片的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段的透过率,其值接近零,证明了该滤光片可满足30.4 nm成像系统的需要.

提出了利用飞秒激光的多次聚焦现象进行微光学器件并行加工的方法.通过实验总结了光强和聚焦深度对该方法的影响规律,并实现了用该方法并行加工多个微光波导.对多个微光波导的间距实现了控制,其间距范围为2～5 μm.将并行加工出的光波导与单个焦点加工出的光波导做了对比,并行加工出的光波导形貌上比较接近单个焦点加工出的光波导,但其传输性能还有一定的差距.用超强光引起的自聚焦对这种多次聚焦做了理论解释,并且针对光强和聚焦深度对多次聚焦的影响做了进一步的理论分析.结果表明,这种方法相对以往的并行加工,实现简单,对加工结果的控制相对灵活.该方法利用的是超强激光特有的非线性现象,为飞秒激光的高效率加工开拓了方向.

提出了基于脉冲位相分析的数据处理方法以实现红外热波无损检测法对缺陷深度的测量.对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅里叶变换(FFT),提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测.以热传导较快的铝材料为例,对自行设计的深度不同的平底洞缺陷进行实验,并通过应用Matlab的FFT分析得到不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线,同时,应用VC++得到位相序列热图.实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度与实验深度存在d≈1.98 μ的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法.

在自行研制的测试仪器的基础上,用增加激发光总量检测和荧光粉表面漫反射光检测,两者相减获得绝对吸收的方法改善荧光粉在120～300 nm紫外-真空波段的相对量子效率测量精度.总量检测通过一块漫反射板标定实现,给出了标定和测量过程.改进后相对量子效率测量误差减小到1%以内,同时利用该方法获得了较为精细的激发光谱曲线,光谱分辨率达到1 nm.对BaMgAl10O17:Eu蓝色荧光粉和LaPO4:Tb、LaPO4:CeTb以及YPO4:Tb三种绿色荧光粉激发光谱进行了测量.

提出了运用BP神经网络法对光镊力的测量和标定进行非线性修正.针对BP算法收敛慢的缺点,采用LM算法改进BP神经网络算法.结合常用的流体力学法进行了实验研究,证实了所提出的方法使光镊力的测量范围扩大了30%.与多项式拟合方法相比,该方法的精度更高.研究结果表明,采用神经网络算法在不需增加或更换实验设备的前提下,可以有效地提高光镊系统的性能指标.

分析了基于能量守恒法获得的对数光锥位相函数的特点,建立了长焦深元件焦深与系统f/#及衍射元件浮雕深度间的函数关系,基于菲涅耳衍射公式分析了参数不同时元件的轴向光强分布规律.仿真结果表明:在给定波长及焦距的条件下,折-衍混合长焦深元件相对同f/#的球面折射透镜的焦深扩展倍数取决于衍射元件的浮雕深度,其值越大,焦深扩展倍数越大,焦深内轴向光强分布越接近平顶分布;焦深一定时,小f/#系统更易获得焦深内轴向光强的平顶分布.

建立了单、双晶压电梁发电能力的仿真分析模型,研究了结构尺寸、激励方式及材料性能等对其发电能力的影响规律.研究表明,在基板材料及激励条件相同时,存在不同的最佳厚度比使单、双晶压电梁发电能力最大,双晶梁的最大发电量约为单晶梁的2倍.基板材料不同时,最佳厚度比随杨氏模量比增加而减小,铝、钼基板构成的单、双晶压电梁的最佳厚度比分别为(0.7,0.35)和(0.45,0.2).在相同的厚度比及外界激励条件下,杨氏模量比对两种压电梁发电能力的影响不同,杨氏模量比低于3.3时,双晶梁的发电量均大于单晶梁.

依据并联机构的位置反解模型,给出了求解6-DOF并联坐标测量机位置正解的无约束优化模型,并应用粒子群算法(PSO)对该优化问题进行了求解,由此可将复杂的并联坐标测量机测量建模问题转换为优化问题,从而求得位置正解.仿真结果表明:80个粒子大约经过55次的迭代运算后,收敛精度可达到0.5 μm,平均运行时间约为3 s.粒子群算法应用于并联坐标测量机测量建模与求解,可获得较高的计算速度和计算精度.

提出了通过机械方式控制压电移动机构和支撑面之间摩擦力的有序变化来形成有规律的新型惯性式压电旋转机构的研究方案.设计了旋转机构的结构模型,分析了机构的运动原理,建立了机构的动力学模型.应用现代控制理论,利用Matlab对机构进行了运动学仿真,得到了机构位移和速度仿真曲线.设计、制作了旋转机构样机,并进行了相关的性能测试.试验结果表明,研制的旋转机构能实现大行程(360°)、高分辨率(15 μrad)、高转速(0.26 rad/s)且运动性能稳定.该旋转机构在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景.

用有限元法确定了所设计的冠脉支架膨胀后的长度缩短率和狗骨头率,以检验结构是否合理.用有限元分析软件ANSYS模拟了支架单独自由膨胀过程,在不考虑球囊和血管壁的作用下研究了此支架从原始状态膨胀时的几何建模、网格划分、边界条件和载荷定义等技术.根据有限元模拟结果计算得到支架长度缩短率为10.9%,狗骨头率为2.57%.为了验证有限元分析的准确性,对实际加工出来的支架进行了膨胀实验.计算得到实际膨胀后两个参数与有限元模拟结果之误差分别为0.3%和1.32%,结果吻合较好,表明所设计的冠脉支架膨胀均匀、结构合理,同时也验证了用有限元法进行冠脉支架模拟分析是可行的.

提出了利用压电发电装置替代电池为遥控器实时提供能量的技术方案.针对遥控器的操作方法和负载特性,采用脉冲激励和按压激励压电振子的实施方案,研究了压电振子在两种激励方式下对恒流负载的供电特性.结果表明,脉冲激励可获得更多的电能,适合于较大负载的工作场合.压电振子固有频率一定时,其有效工作时间随电流负载增加而缩短;电流负载一定时,存在最佳的压电振子固有频率使其有效供电时间最长.利用尺寸为50 mm×50 mm×0.5 mm的悬臂梁型压电振子为汽车遥控器供电,1次脉冲激励生成的电能为1.2 mJ,可满足实际使用要求,信号传输距离达到15 m以上.

提出了一种低噪声、带宽可调的自适应角速度估计算法.对该角速度估计器的稳定性做了分析,利用最小二乘法设计了实时调整前向通道比例增益的自适应算法.利用Matlab对实际获得的实验数据进行仿真,使稳速速率的波动量减小了88%,然后在磁悬浮控制力矩陀螺上进行了实验.将角速度估计器加到速率环的反馈环节上,在带宽不受影响的前提下,使速率曲线的波动量减小了71.5%.实验结果表明,该算法能在很宽的调速范围内对速度进行准确估计.