介绍了实验的原理和方法；重点介绍了在低温下KAF－4301E CCD的成像特性——量子效率(QE)、电荷转移效率(CTE)、读出噪声、暗电流和满阱等的测试结果。实验结果显示，随CCD工作温度降低并超过其最小标称值后，虽然暗流则明显减小，但CTE性能快速变差。从理论上对所得的结果进行了简短的分析和讨论。分析了该型号CCD在微光成像方面的应用前景。

提出了一种新型的电光混合光纤光学双稳装置，它由波长为1．55μm带尾纤的DFB半导体激光器、全光纤可调谐Fabry－Perot滤波器和电光反馈电路构成。实验中通过改变输入光强实现了光学双稳运转。讨论了该双稳器件在激光光强稳定器和光纤传感器方面的应用。

采用Roper Scientific SP－2558多功能光谱测量系统对色谱纯甲醇溶液在紫外光激励下产生的荧光光谱进行了实验研究。实验结果表明，甲醇溶液能吸收紫外光并向外发射峰值位于340nm附近的荧光光谱，同时得到了能产生荧光光谱的最长激励光波长的临界值为245nm左右。对甲醇分子发射荧光的机理进行了讨论，给出了与实验结果相一致的理论分析。研究甲醇的荧光光谱可为其作为有机溶剂和催化剂时对其他有机大分子相关光谱的影响提供理论和实验上的参考，并可直接为荧光探针技术的发展提供服务。

结合Shear－Warp投影算法、优化的RLE体数据编码算法，进行基于RLE编码的动态快速等值面抽取算法研究。新的算法在没有硬件加速的条件下，使得绘制的速度得到很大地提高。该算法利用Shear－Warp数据投影中的体数据特点，实现了动态快速的等值面抽取，新算法的绘制速度在工程实践中基本可以达到实时的要求。

使用高掺杂掺铒光纤制成了低噪声的环形腔光纤激光器。通过对文献中报道的环形腔结构光纤激光器输出的分析，指出了其存在的问题，并提出了减小其输出背景噪声的改进方案。通过实验验证了改进后的环形腔结构的低噪声特点，从原理上进行了解释。用不同掺铒光纤长度、泵浦功率、光栅波长及光栅反射率进行了实验，得到它们对输出光的性能影响。这种环形腔结构的光纤激光器可实现1525nm～1565nm连续可调谐输出。

介绍了支持CCD图像传感器的高性能SoC芯片的设计，芯片基本结构，与图像处理相关的功能部件的工作原理以及相关算法的硬件实现方法，以及相关的低功耗策略。在设计验证阶段，该设计采用基于平台的软硬件协同应验的方法，使得软件和硬件同时得到验证并缩短了整机系统的设计和联调周期，验证的结果表明其设计是基本正确的。这种设计验证方法对于其他领域的应用也具有重要的借鉴意义。

针对双目立体视觉测距中产生误差的问题，分析了系统中的各个参量，并建立了双目立体视觉测距系统的误差模型。得出引起测量系统误差最大的两个参量是CCD摄像头的对准程度和测量的距离；在视场中心的距离测量精度低，边缘测量精度高，在视场中心的水平和纵向的测量精度却远高于在边缘的测量精度两个结论。基于本文建立的误差模型可以指导适用于具体应用场合的双目立体视觉测距系统的设计。

应用荧光光谱技术分析水中污染物的含量具有灵敏度高、检测速度快等优点，三维荧光光谱技术可以提供在普通的荧光光谱中所得不到的信息，此技术可以用于多组分同时测量。讨论了如何运用三维荧光光谱技术分析水中污染物的成分，计算其含量，并给出了有效的荧光光谱特征数据库建立、多组分分析和浓度反演的数学模型。

基于双三次B样条曲面对光学自由曲面的描述，采用参数变化量控制法进行刀具轨迹的计算。通过分析飞刀加工的特点，推导出单晶金刚石飞刀加工光学自由曲面的刀位点的计算方法，编程实现了该算法。根据走刀路径规划和刀位轨迹计算方法可以生成飞刀加工的数控程序，成功地应用该算法进行了光学自由曲面的加工。

提出了一种基于非分样ridgelet标架的图像噪声滤除(UDRIFDA)的新算法。ridgelet标架的特点是：基函数不可分离变量且具有很强的方向性，能够实现对沿直线奇性的有效描述。离散非分样ridgelet标架是通过离散Radon变换切片上的一维非分样小波变换标架来实现的。由于非分样小波变换具有位移不变性，能够很好地刻画多尺度下一维信号的局部特征，基于一维非分样小波变换的软阈值去噪算法能够有效地降低一维信号急剧变化处所产生的震荡现象，故基于非分样ridgelet标架的图像滤噪算法能够大大降低恢复图像上的伪影，有效的克服了文献[1]中分样ridgelet标架滤噪算法(DRITDA)的缺陷。数值实验表明新算法较DRITDA和2D－DWT算法更能提高恢复图像的信噪比和视觉质量。

介绍了一个基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统。系统包括两个干涉仪：采用半导体激光器作为光源的定位干涉仪和测量位移的外差干涉仪。介绍了光源的选择，系统的设计以及信号的采集和处理方案。采用这套绝对测量系统，可以实现长度为2m以内的绝对距离测量，定位精度可以达到±0．5μm。

以聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的积分球为基础，研制了7种组合型入射光学系统，并对它们的余弦特性进行了测试。其中PTFE积分球、磨砂石英半球型漫射器和修正环的组合型入射光学系统的设计具有创新性。在±30°入射角范围内，余弦误差小于0．23%；在±60°入射角范围内，余弦误差小于1．14%；在±75°入射角范围内，余弦误差小于2．5%；在±80°入射角范围内，余弦误差小于5．5%，积分余弦误差〈f₂〉=0．94%，指标达到国际先进水平。组合型入射光学系统能够很好地满足太阳紫外光谱辐射地面测量的需求。

在分析利用相位信息进行图像边缘检测原理的基础上，探讨了基于小波域相位信息的边缘检测方法，并将其应用到环境光强变化的目标识别系统中。该算法不需要设定阈值即可对目标边缘进行可靠的检测。实验结果表明，基于相位信息的边缘检测算法受图像的光照和对比度的影响小，在不同光照度的环境下具有良好的目标识别能力

介绍了利用Michlshon干涉仪测量CCD调制传递函数的方法，与其他方法相比，该方法具有测量装置简单、将正弦图样投射到待测CCD阵列上无需借助光学系统等特点。给出了典型的线阵和面阵CCD的调制传递函数曲线的测量结果。

介绍了一种新的摄像机标定用栅格型靶标标定点亚像素的提取方法。该方法先利用一个基于Hessian矩阵的形状算子判定栅格点的像素位置，然后对栅格点邻近区域内的图像灰度函数进行二阶泰勒展开，并通过计算该灰度曲面的局部极小值点来确定栅格中心点的亚像素位置。相对于传统的直线拟合求交点的方法，该算法计算过程简单，且具有较高的提取精度。

仿照生物的趋声性，可以实现摄像头追踪拍摄一个不在其视场范围内的声源；依据图像处理技术，可以精确定位在摄像头视场内的声源。将这两种技术结合起来，建立了一套实验系统。从利用声源发出的声音信号传输到两个分开一定距离的声音探测器上的时间差初步定位声源，再利用声源的运动规律使用图像处理技术识别并精确定位声源；通过系统与PC机间的实时通信和回转部件带动声音探测器和摄像头一起做精确灵活的转动，摄像头最终对准了声源。实现了基于声音的跟踪摄像过程。

从包含时空变量的速率方程出发，针对弱折射率导引垂直腔面发射激光器(VCSELs)，利用空间积分法分析了典型电注入参数对VCSELs多横模行为的影响，在不降低模型准确性的前提下提高了仿真效率。仿真结果表明，注入盘孔径和注入环越小、注入强度越低以及电流扩散越弱时，VCSELs更易实现单横模工作；反之，VCSELs高阶横模开始出现并呈现较强的模式竞争，引发了载流子空间烧孔效应，并导致基模强度降低。进一步得出，在环形注入方式下，高阶模式更容易出现且彼此间的竞争较盘形注入时强。

光纤液滴传感器是利用测试液滴的形成过程与液体成份之间的关系而制成的一种液体测试传感器。主要利用光纤来监测液滴的增长过程，得到随液滴下降过程的光强变化情况，从中获得反映液体的物理、化学性质的“液滴指纹图”。通过对指纹图进行分析对比得到液体的特性参数，实现对各种液体的鉴别。

针对小波变换方向选择性差的局限，提出了一种多方向多尺度的的图像变换。圆对称滤波器组首先将图像分解为高频子带和低频子带，然后利用方向滤波器组将高频子带分解为多个方向子带，而对低频子带进行小波变换。多方向多尺度变换能以更稀疏的方式表示图像的边缘和纹理等几何特征，有利于图像压缩。在该变换基础上，结合迭代量化、嵌入式块截断编码(EBCOT)和集合分裂嵌入式块编码(SPECK)构建一种压缩算法。实验结果表明，对于纹理和边缘丰富的图像，压缩算法的性能相对于JPEG2000有明显地提高。

微流控技术作为微全分析系统的关键与核心，一直是MEMS领域中的一个研究重点。随着微流控技术水平的不断提高以及与其它学科的不断渗透与融合，近年来已经涌现出一批令人注目的研究热点，其中微流控光学器件就是其典型代表。微流控技术与光学器件的融合，为传统光学器件的微型化、阵列化、低成本化以及高精度控制提供了可能。叙述了一些基于微流控技术的可变焦光透镜、显示器件、光开关、以及可调光纤光栅等新型光学器件的近期研究成果和应用背景。

根据广泛使用的双折射材料的性质以及滤波器入射角有限的特点，讨论了晶体中o光和e光的关系；根据光的折射定律，将光在晶体表面的折射效果表述为输入、输出折射率矩阵；建立了从入射面坐标系到晶体本征坐标系的坐标变换矩阵；推出了简化的扩展琼斯矩阵。整个过程物理思想清楚，每个矩阵表示的物理意义直观、明确，得到的结果简单，计算量小。用于Solc滤波器消光比的研究，给出了在任意入射角下计算多块晶片Solc滤波器传输特性的一般表达式，对Solc滤波器锥光干涉图作了数值模拟。适用于计算各种类型双折射滤波器的离轴消光比。

通过束传播方法(BPM)模拟了SiO₂基掩埋式波导结构多模干涉(MMI)型分束器的反射性能，模拟结果表明，MMI工作在分束模式时存在最优的多模干涉长度实现最大输出和最小反射，而在合束模式下实现最大输出时反射也达到最大，这是由自映象原理决定的。SiO₂基掩埋式波导结构MMI分束器对反射具有良好的抑制作用，其最大反射功率为－60dB。分析表明，多模干涉区末端的界面反射率决定了器件的反射强弱，SiO₂基掩埋式波导的界面反射率非常低，这是其低反射的原因。

提出一种新型的用于数字莫尔干涉术的快速数字莫尔合成算法——莫尔滤波合成法，使原始条纹图叠加形成的莫尔条纹图最大比例地携带了人们所感兴趣的信息。通过简单的数字图像处理就可提取出有用的空间频率信息，得到理想的莫尔条纹，减少了有用信息的损失。可应用于直接与复杂标准波面比较的场合，如非球面面形检测，轮廓测量等。

介绍了基于C8051F023单片机的高速数据采集系统的设计，在LABVIEW环境下实现数据处理和分析系统的设计。两者通过串口结合能实现对射频激励源入射和反射信号的电压值、功率值、频率、占空比等参数实时监测。

大型航天三线阵立体测绘相机是由具有独立镜头的三个线阵相机组成的，三个线阵相机保持一定的位置关系是大型航天三线阵立体测绘相机的特点。分析了角位移和线位移对大型航天三线阵立体测绘相机的高程测量精度和平面测量精度的影响，获得了大型航天三线阵立体测绘相机设计制造中的敏感因素，为保证大型航天三线阵立体测绘相机测绘精度的实现，降低设计制造难度和成本指明了努力的方向。

针对图像检索时的旋转问题提出一种基于Log Gabor小波的旋转不变纹理特征。依据Log Gabor分解子带的均值及方差分布并结合广义Hurst分形特征对纹理进行描述，并在各尺度上采用主方向排序的方法对方向子带特征进行调整得到旋转不变特征向量。分别采用旋转纹理库和普通纹理库进行仿真实验，结果表明算法在两种情况下都取得了较好的检索效果。此外，在相同特征类型和图像库的条件下将本算法与Gabor算法结果进行对比，实验表明本算法的检索性能明显优于Gabor算法的检索性能。

再入式光纤陀螺使相互干涉的两路光在干涉之前循环进入Sagnac光纤敏感环。介绍了这一新型光纤陀螺的原理，采用专门的异步串行通信芯片TL16C550扩展DSP串口，实现陀螺与导航计算机的通讯。结果表明陀螺的数据输出可以达到1kHz，能实现陀螺与导航计算机之间的快速、稳定、准确的数据传输。研制的陀螺零偏稳定性为4．5°／h。

在Sm₂O₃掺杂BaO－B₂O₃－Al₂O₃－SiO₂－Sm₂O₃(BBASS)玻璃系统的形成性能的研究基础上，借助MAS NMR以及差热测试技术，研究了玻璃的结构特点以及玻璃组成、热处理条件等因素对玻璃结构的影响。研究表明，在未掺稀土的BBAS玻璃结构中，硼氧多面体主要以[BO₃]、[BO₄]存在，铝氧多面体主要以[AlO₄]、[AlO₅]、[AlO₆]存在；随着BBAS中BaO含量的增加，硼氧三角体[BO₃]逐渐向[BO₄]转变，铝氧多面体中的[AlO₅]、[AlO₆]结构单元逐渐向[AlO₄]转变；稀土Sm³⁺具有较强迫积聚作用，能促使玻璃结构中的硼氧多面体形成巨大的网络结构；热处理对玻璃结构中硼氧多面体和铝氧多面体的配位结构影响不大。

在自由空间量子密钥分配中，单光子源采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲，量子密码术协议采用BB84和B92协议。通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、测量因子和数据筛选因子，建立了量子误码率理论模型，给出了量子误码率的表达式。对于自由空间量子信道，引起量子误码率的主要因素是光学元件、探测器暗噪声和空间光学环境，并对这些因素进行了分析。针对低轨卫星－地面站间链路，进行了量子误码率的数值仿真研究。结果表明，在低轨卫星－地面站间进行量子密钥分配是可行的，限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素是探测器暗噪声和空间光学环境。

实验了一种基于一维调节器的光纤光栅静态温度(温度缓变)探测系统。在系统中，一维调节器与步进电机相连，步进电机由PC(计算机)通过PLC(可编程逻辑控制器)进行控制，匹配光纤光栅被固定在一维调节器上用来解调增敏光纤光栅传感器探测到的温度信号，匹配光栅的Bragg周期可通过调节一维调节器进行控制，其透射的光信号经光电检测电路检测并与调节架形成闭环控制。实验测得，在10℃～70℃范围内系统温度传感探测精度为±0．3℃。

研究制作了一种采用高速线阵CCD的实时相关速度计，其测量数据的输出速率可达每秒一万次。针对以往光学相关测速方法的问题进行了讨论，探讨了适合FPGA并行处理的算法，制作了高速线阵CCD摄像机及其处理装置。通过实验验证了系统的可行性和可实现性。

台阶高度测量是目前新提出的国际计量比对项目之一，当前的趋势是向纳米量级精度发展并尽量扩大测量范围。在分析现状和背景的基础上，大致归类了测量台阶高度的几种光学方法，着重介绍了其中绝对干涉方案的最新进展，从测量原理、测量精度以及量程等几方面比较了它们的优缺点。在此基础上提出以可调谐半导体激光器作为光源，采用可调合成波长链法实现纳米级精度毫米级量程的台阶高度测量，详细分析了方案的原理误差，得到最后的结论。

白光扫描干涉测量是光学测量中一种非常重要的方法。在干涉仪的结构、光源的光谱宽度以及扫描步长一定的情况下，选择合适的算法对干涉信号进行处理能够达到更高的测量精度。对重心法、移相法、包络曲线拟合法以及空间频域算法分别加以介绍和比较，为白光干涉信号的算法选取提供了一份详尽的参考。

介绍了补偿法检测非球面的原理，举例说明了在补偿器的设计中应注意事项。在补偿器中的每个面及其球心都不要位于其前面的光学元件组成的光学系统的焦点附近，以避免其反射光在有效干涉场内与参考光干涉，从而影响检测结果；补偿器中入射角大的面尽量前移，以降低公差要求；对补偿器材料的光学均匀性要认真核算以确保最后的检测结果有效。

光学非球面复制成型技术是一种通过面形转移的方法成型光学非球面的技术，即将高精度非球面光学元件(母模)的表面利用脱模膜和胶粘剂转移到球面光学元件(基体)的表面上，并保持原非球面光学元件的光学品质，使球面变成非球面。介绍了该技术的基本原理以及所进行的工艺实验(镀膜、脱模、胶合等)，给出了母模和复制件的面形图，证明了该技术用于中小口径非球面光学元件的制造具有较高的精度。

设计了一个半导体激光自混频干涉式测量物体振动速度的实验，利用双镜F－P(法布里－珀罗)等效模型，对半导体激光自混频干涉速度仪中的干涉效应进行了理论分析，推导了干涉信号理论模型的数学表达式，讨论了影响测量信号的因素。结果表明，在半导体激光自混频干涉速度仪的无源腔中空气密度的变化、无源腔长度的变化、激光波长的变化都将会导致信号漂移，从而引起测量误差。而被测物体表面的反射率越高，越有利于测量。

标志激光偏光棱镜设计好坏的一个重要指标是棱镜的光强透射比，研究棱镜的光强透射比随入射角的变化有助于了解实验中光线非正入射时带来的光强损失。利用菲涅耳公式并考虑到多束光的干涉，得出了激光偏光棱镜的光强透射比公式，由该公式看出偏光棱镜的光强透射比与光束的入射角，胶合介质的折射率，入射波长，胶合层的厚度，入射面的方位及棱镜的结构角有关。通过对某些参数的合理设定，较系统地讨论了入射角对棱镜光能透射比的影响，得出了棱镜的光强透射比随入射角的变化规律。

根据光通信耦合器件发展的趋势，研制了一种新型光学玻璃。依据在表面张力的作用下的液滴冷凝，得到透明玻璃微球理论^[1]，首次使用槽沉法来制备球透镜。结果表明：玻璃的最佳退火温度为570℃、折射率为1．5198、透过率大于90%。得到直径为0．8mm的球透镜最佳成球温度为1250℃、折射率为1．5190 光谱透过率大于90%。

设计了一种新型结构的激光器——双通道放电激励折叠腔TEA CO₂激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积，更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小，重量轻，输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线，获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线，发现脉冲宽度大约在50～70ns之间变化，研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。

根据深空背景的特点，提出了采用最大中值滤波降噪，基于USAN原则，即吸收同值核区(Univalue Segment Assimilating Nucleus)原则进行弱小目标检测的算法。其中分析了USAN滤波模板大小对检测性能的影响，探讨了灰度差门限的自适应选取方法，并根据目标和背景杂波在灰度分布上的差异，进一步剔除背景杂波的残留。结合候选目标的特征，采用基于逻辑的最近邻关联方法提取目标航迹。

提出了一种用神经网络鉴别退化图像的模糊类型的方法。由于采用不同降质方法得到退化图像的频谱差异较大，以此作为判别依据，用概率神经网络实现了对四种模糊类型：离焦，矩形，运动和高斯模糊的鉴别。根据神经网络的鉴别结果决定点扩散函数的初始估计值，可大大地提高盲解恢复算法的复原质量和系统点扩散函数的估计精度，扩大了算法的实用范围。

提出了一种纹理和连通域特征相结合的彩色文字分割方法。基于文字的边缘纹理特征，粗略分割出可能的文字区域。计算各区域内的颜色统计直方图，进行二类颜色聚类。分析文字连通域的几何特征，滤除非文字连通域。计算文字连通域像素点的垂直投影，估计文字的宽度和文字间隔，判断是否为文字排列，对粗分割的文字区域进行校验，确定文字区域的边框。通过自然场景下拍摄的100幅图像的文字分割实验，证明了该文字定位和分割方法的有效性。

主镜是空间望远镜光学系统的重要组成元件，其热光学特性将为光学系统的热控设计提供依据。利用建立在集成分析基础上的热光学分析方法，分析了某空间望远镜主镜在三种不同的温度分布形式，即在径向温度、轴向温度、周向温度梯度的作用下对光学系统成像质量的影响，结合设计的要求，根据计算结果给出了许用温度梯度的范围。

基于超短光脉冲在单模光纤中传输时高阶非线性效应的影响。应用非线性薛定谔方程(HONLS)理论，考虑光纤色散三阶效应，推导出无啁啾的高斯脉冲沿光纤传输时脉冲变化的表达式，并对理论结果进行了数值模拟与分析。结果表明，三阶色散会引起光脉冲形状发生畸变，会在其前沿或后沿附近形成非对称的振荡结构。

针对线性子空间模型在处理具有阴影的人脸图像时出现的不足之处，提出了GLS模型，并将其用于不同光照下的人脸识别。按照测试图像与正确模型间距离尽可能小的原则构造了一个确定最优分组数和子空间维数的标准；采用SVD方法和K平均聚类法将像素分组，并确定每个分组的线性子空间模型；计算测试图像到每个GLS模型中所有分组的线性子空间模型的距离之和，进而识别人脸图像。经假设检验统计表明，基于该模型的方法在处理不同光照下的人脸图像时，效果明显优于其他方法。

提出了一种基于FPGA和DSP的算法并设计了相应的硬件系统，能对大小为256×256像素、帧频为25帧／s的视频图像进行实时处理。即先对输入图像采用改进的Sobel算子提取边缘，再用改进的Hough变换算法进行直线检测。解决了传统的Sobel算子提取的边缘较粗及Hough变换算法计算量大、难以实时实现的难题。