悬线式物镜力矩器是目前光学头系统中使用最为广泛的力矩器，其动态特性直接决定了光学头的读写性能。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了悬线式光学头物镜力矩器的仿真设计平台。通过仿真平台进行了力矩器一阶共振频率和峰值、二阶共振频率和峰值、扭转共振频率、静态灵敏度、动态灵敏度和相位等动态特性参数的仿真实验，仿真计算的结果与实际测量的结果相比，最大相对误差为4．2%。该仿真平台对于二维乃至三维悬线式物镜力矩器的设计和评价都具有重要的指导意义。

联合变换相关器的零级衍射光斑会影响相关峰探测。将参考目标和待识别目标的联合功率谱与参考目标本身的功率谱做相减运算可消除零级衍射光斑，可提高联合变换相关器的识别能力。通过计算机仿真和实验验证了该方法的可行性。

介绍了一种新的在体实时监测血流变参数的光学方法——光散射法。设计了一种实用的同轴多光纤探针装置。在装置中间，其中一根光纤用于传输入射激光，周围多根光纤与中心光纤等间隔，用于接收血液中的散射光。用扫描法布里－珀罗干涉仪产生散射光谱。结果表明，用该装置测得了含成分的液体、实血和不同血液成分的光散射光谱。

采用先进的光纤传感技术在人工浮子液位计的基础上研制了一种新型的液位测量系统。系统利用力平衡原理测量液位，利用光纤传感器探测和传输信号，采用自制的光学编码盘实现光信号的调节。测试结果表明，在0～1000mm测量范围内，测量误差≤±6mm，相对误差＜2%。现场应用表明，该系统的各项性能指标符合生产要求，运行稳定，性能可靠。

针对外弹道高速目标跟踪的参数测量问题，运用光学成像原理，提出了时分弹道，分时跟踪、对点验证的新技术，验证了靶场轨道高速运动目标的速度参数。基于轨道的实际长度，推导出了目标跟踪算法，利用该算法并结合单片机控制技术，完成了高速目标在整个轨道的跟踪。通过对由光电码盘AC36实时采集到的转角数据与对应图像的处理，达到了对高速目标速度参数的验证的目的。该算法已在某靶场进行了跟踪测量实验，通过数据分析，速度误差小于1%。

根据在一般坐标系下均匀布拉格光纤光栅的传输矩阵，得到了取样布拉格光纤光栅的传输矩阵。利用傅里叶变换得到了取样布拉格光纤光栅的谐振方程。结果表明，在不考虑平均折射率变化的情况下，谐振峰的位置是由光栅的周期和取样周期共同确定的，与取样时的占空比、光栅长度和耦合系数没有关系。类似于物理光栅，取样布拉格光纤光栅也存在缺级现象，给出了出现缺级的条件。

提出了一种用于图像加密的可逆二维混沌映射，该映射由左映射和右映射两个子映射组成。通过对图像的拉伸和折叠处理，实现了图像的混沌加密。首先沿图像的对角线方向将正方形图分为上下两个部分并重新组合成一个平行四边形的图像；然后利用平行四边形图像的两列像素之间的像素数目差将某列中的像素插入到相邻下一列像素之间。经过这样的过程，原始图像拉伸成为一条直线。最后按照原始图像的大小将这条直线折叠成为一个新的图像。推导出了映射的数学表达式，设计了密钥产生的方法，分析了图像加密算法的安全性问题。仿真验证了该图像加密算法的有效性。

跑道直线参数的实时提取是反机场子弹末敏器进行末端修正的前提条件。提出了实时提取直线参数的两步法：通过采用Sobel算子细化边缘的方法来提取图像中的边缘点，计算边缘点的梯度方向直方图，确定最大的响应方向，即跑道的法线方向，同时将梯度方向不在最大响应方向的边缘点剔除；在确定了跑道方向之后，通过采用一维参数的Hough变换法来把跑道的直线参数提取出来。试验结果表明，在保证精度的情况下两步直线提取法计算量小，在DSP芯片上运行，其处理帧频可达到50帧／s，满足了实际的作战要求。

影响激光传输效果的主要因素包括大气分子和气溶胶粒子吸收以及由散射造成的衰减效应、大气湍流引起的湍流效应和强激光加热空气造成的热晕效应。针对光纤激光的大气传输进行了研究，研究了在1080nm特定波长的光纤激光大气传输过程中的大气湍流、热晕效应、湍流热晕相互作用对光纤激光远场功率密度的影响。

利用数值算法计算了掺镱双包层光纤放大器分段泵浦方式下的稳态速率方程组，分析比较了双端泵浦和多段泵浦方式下的最佳光纤长度，最高温度和效率，并采用遗传算法对分布泵浦功率的大小和每段光纤长度同时进行了优化。结果表明，通过优化，大功率分段泵浦光纤放大器获得了较为平坦的温度分布，与双端泵浦相比，大大降低了最高工作温度，斜率效率略有下降。

针对偏振成像激光雷达遥感的计算需求，在假设以散射体中心为主坐标系中心的情况下，研究了入射偏振光和散射偏振光坐标系的变换、散射体引起的偏振状态的变化以及散射矩阵与Mueller矩阵之间的几种最基本的变换关系，并从群论的观点给出了这些变换关系的描述。这些变换关系的进一步展开便可得到具体的激光雷达偏振遥感物理量的计算方法，这在解读偏振激光雷达遥感图像的应用中具有实际作用。

提出了一种基于直线特征的求解摄像机内外方位参数的方法。首先利用径向平行约束RAC求解大部分的外方位参数，包括旋转矩阵R、平移分量tx和ty，然后再引入畸变模型求解内方位参数以及平移分量tz。该方法的特点是采用共面点标定物，利用直线特征约束进行标定，标定内外方位参数只需要一副图像就可以完成。实验结果表明，该方法是一种精度较高的、简单实用的摄像机标定方法。

在光传播空间中引入的光阑会对光谱的传播产生影响。以一个常用的光谱测量系统为模型，对系统中的光阑对光谱变化的影响进行了深入的研究。研究结果表明，狭缝的衍射和透镜的色差以及光源的空间相干度的变化都有可能使衍射场中观察点的光谱出现变化，并且这种变化与观察点的空间位置有关。这种相关诱导光谱变化会对光谱的精确测量产生影响。

提出了一种基于四叉树和偏微分方程的灰度图像压缩方法。该方法只需传输和处理部分稀疏像素而不是整幅灰度图像。在编码端，首先采用四叉树分割图像，然后对部分像素进行编码传输。在解码端，采用基于偏微分方程的图像插值算法再生图像，有效地消除了解码图像中的方块效应。实验表明，该方法可以获得较高的压缩比和峰值信噪比，尤其是对尺寸较大且纹理细节较少的图像更是如此，并能较好地保持原始图像中灰度变化较大的细节，可以方便地去除方块效应，具有较高的实用价值。

通过构建适合于硬件电路实现的读出信道数学模型以及对光存储系统中存在的噪声、抖晃和扰动的分析，在FPGA(Field programmable gate array)硬件平台上，实现了对任意二阶至四阶记录光盘读出RF(Radio frequency)信号的模拟实时连续输出。在信道模拟的硬件算法设计中，采用了四倍频的方法和基于ROM(Read－only memory)查找表的方法实现了100Mbit高速情况下的卷积运算。设计结果得到了逼真的网眼图，验证了模型的正确性，且已作为光盘系统后续信号处理模块的信源，加快了光盘系统研制开发的步伐。

在增强现实系统中，虚拟物体与真实环境之间具有相匹配的亮度关系，会使虚实融合达到逼真的效果。为了获得虚实物体的亮度匹配，根据图像亮度处理的原理，对增强现实系统的虚实环境提出了整体和局部两种亮度评价算法，并对新型光学透视式头盔显示器的亮度匹配算法进行了改进，提高了系统效率。实验结果表明，对在不同情况下的真实环境和虚拟物体来说，这两种算法各有其优点，调节后的结果是理想的。

分析了传统的傅里叶－梅林变换和最近提出的虚拟极坐标傅里叶变换算法在户外图像注册中的局限性，提出了一种更加适合户外摄像机姿态注册的基于对数傅里叶变换的图像配准算法。该算法能够独立地计算沿两坐标轴方向的不同缩放因子和计算两图像间较大的旋转角度，扩展了基于傅里叶变换的图片配准算法的实际应用范围。在关键技术研究方面，提出了由升余弦函数构成的低通滤波器和一种快速收敛的角度搜索技术，使该算法达到了很高的效率和鲁棒性。

为了解决双CCD拼接的探测器CT在成像时的几何失真问题，以双CCD探测器数字X射线机FAXITRONMX－20为实验对象，利用矩形钢板的二维投影图像计算出两块CCD之间的横向和纵向位移偏差，并以此为依据对所拍摄的图像做相应的平移和插值处理。利用金属球模型的二维投影图像分别计算出射线源垂直投影时位于两块CCD平面上的坐标，并以此为依据调整CT投影图拍摄的旋转中心。结果表明：利用矩形钢板的二维投影图像计算出的两块CCD之间的横向位移达到3个像素；利用金属球模型的二维投影图像分别计算出的射线源的垂直投影位于左、右两块CCD的平面坐标上。根据这些测量数据调整了拍摄方法，修改了重建软件，并以模型实验显示了校正前后的结果。该方法考虑了双CCD探测板之间的缝隙和空间不共面的情况，减轻了三维重建在拼接处的“断裂”现象，使得纵向误差由88μm减小到了44μm。

在介绍Allan方差方法的基础上，计算出了激光陀螺仪零偏测试数据的Allan方差。首次利用分段回归方法拟合Allan方差数据，得到了零偏测试中的各误差源系数。结果表明，该方法能有效地辨识出存在于激光陀螺仪零偏测试中的各种噪声，极大地降低了激光陀螺仪Allan方差数据处理的难度。指出了激光陀螺硬件中存在的误差，提出了激光陀螺仪的改进方案。

数字全息显微测量技术是检测显微样本微观结构的重要手段，具有系统简单、非入侵、动态性好等特点，是一种很好地具有应用前景的技术。综述了数字全息显微测量技术的发展，分析并比较了数字全息显微测量技术与其它显微测量技术的特点；归纳并分析了数字全息显微测量技术的典型光路系统及其特点；总结了数字全息显微测量技术的数值再现算法和误差抑制技术；列举了数字全息显微测量技术的最新应用。

时空立体视觉是一种全新的三维重建技术，它利用主动光源来改变图像灰度，通过比较某时间段内的图像序列来完成立体匹配。针对时空立体视觉的特点，设计了一种由多级对偶的和沿一维单调变化的“锯齿式”灰度条纹组成的光源，提高了鲁棒性。三维重建实验结果说明了该光源的有效性。

采用低温燃烧合成(LCS)法制备了存储型上转换发光材料CaS∶Eu，Sm，并对其上转换发光机理进行了研究。研究表明：样品的激发光谱位于200～600nm之间，紫外或可见光均可有效地激发该材料来完成充能过程，且可见光激发占优势；样品的红外响应光谱范围为800～1600nm，由辅助激活离子Sm所形成的劈裂的深陷阱能级是该材料具有宽频谱红外转换特性的根本原因；样品的热释光谱高温峰值位于351．02℃，计算得到的陷阱能级深度为0．82eV，深度适中，利于激发能的储存和上转换发光的产生。

基于针孔相机成像模型，利用共线方程建立了像平面坐标与粒子三维空间坐标之间的映射关系，在此基础上采用Tsai’s算法开展了相机内外参数标定方法的研究。使用微位移机构负载二维平面标定板完成了片光厚度内多个位置的单视场非共面标定。改进后的Wong－Trinder算子提高了标定板上目标像中心的定位精度。利用标准图像对其进行了仿真实验。结果表明，该标定方法具有标定速度快、精度高的特点，适合于多种流场的2D－3cPIV测量。

镜头的光学畸变是造成数字相机影像误差的主要原因之一，可以用径向畸变表示。为了改正相机的光学畸变，形成了多种径向畸变改正模型。在分析这些模型的基础上，引入了最大畸变量，推导出了这些模型的共同公式形式，揭示了这些模型背后的共性。

针对背部支撑方式的平背形反射镜，提出了一种确定主镜最佳背部支撑位置的优化计算方法。利用ANSYS软件中的APDL语言建立了主镜的参数化模型。利用有限元法，以主反射镜光轴垂直时自重作用下的镜面最大变形量为目标函数，以相同工况下一阶自振频率为约束条件，对背部支撑点位置的相关参数和中心镜厚进行了优化分析，得到了满足镜面面型误差要求的最佳背部支撑位置及中心镜厚。

提出了一种光纤离子浓度测量的数字解调方案。采用双通道互相关检测和重复采样平均的方法，利用所设计的软件对低信噪比信号进行了解调，实现了对弱信号中信号成分的提取，对该解调方法在信号变化的分辨能力和信噪比改善能力方面进行了分析。

用实验方法测量了光纤探针的传输效率随光纤圆锥角的变化关系，给出了传输效率曲线。通过测定探针传输效率的实验可以看到，只要光纤探针的锥角在30°～55°范围内，就具有高透过率、高分辨率纳米微探针。测量了传输效率与光波波长的关系。

提出了一种新型的宽带色散补偿光子晶体光纤。通过增大光子晶体光纤(PCF)包层第一环空气孔半径r1，同时优化孔间距和包层其它环空气孔，在1550nm波长处获得了低至－1906．4ps／nm／km的负色散值。针对常规单模光纤的色散特性，设计出了宽带色散补偿光子晶体光纤，可补偿23倍长度的常规光纤，补偿的带宽达330nm，这在WDM系统中对多个信道同时进行色散补偿具有非常重要的意义。

光弹性法可广泛用于二维、三维应力或应变场的研究。根据偏振相移法的原理，提出一种新的积分相移法，并设计了用于全场等倾线和等差线实时分析的光弹性仪。在正交偏振光场下，按一定速度同步旋转起偏镜和分析镜，CCD摄像机可连续获取四幅相移光弹图像，由CCD像敏单元积分获得其光强值，通过所提出的相移法运算，可以迅速地得出全场等倾角和等差线的相位值。该方法和装置不仅可用于光学原件及玻璃制品的高速检测，而且也可用于随时间缓慢变化的光弹性分析中。

基于小波阈值的图像消噪方法是简单而又有效的，对小波系数进行空间自适应的研究可使阈值能自适应于图像的统计特性，可进一步提高消噪性能。分析了现有的自适应建模方法在消噪性能和计算消耗上的不足。在假定小波系数为具有未知分布参数的广义高斯分布随机变量的基础上提出了一种基于方差的上下文局部建模方法，用于估计每个系数所对应的参数。该方法能很好地反映小波系数的局部统计特性。实验证明其消噪效果要好于其它空间自适应建模方法。

降晰参数识别在模糊图像恢复过程中具有很重要的作用。在各种图像捕获系统中，有两种形式的图像模糊比较常见：一种是由光学系统散焦造成的散焦模糊；另一种是物体与照相机之间的相对运动造成的运动模糊。相对单个模糊模型的参数识别来说，混合了散焦和运动模糊的图像，其模糊参数的识别要复杂得多。许多识别方法一般都是用来分析某一特定的模糊模型的，而对两种模糊混合在一起的情况来说是很难区分的。提出了一种倒谱分析方法，在倒谱域同时对这两种模型参数进行识别。在分析过程中，仍需要利用这两种模糊模型在频域的特征，首先应用一些调整性的变换，然后再转换到倒谱域，以便更准确地评估模糊参数。

从傅里叶变换轮廓术(FTP)原理人手，分析了傅里叶变换过程中频谱的产生，给出了CCD像元信号强度及其经抽样后的变形条纹的表达式，得出了变形条纹的傅里叶频谱式，其频谱是原连续函数的频谱在频域内的无限重复，即“频谱岛”。频谱中除了基频外，还产生了二级、三级等的高级频谱。给出了抽样条件及满足抽样条件的方法：当抽样频率与光栅基频的比值m＞4时可以恢复物体的面形，反之不能；减小抽样间隔可以使m＞4。给出了实验结果：当m=2．0883时，物体面形没有恢复；当m=16．6667时，物体面形得到了恢复。实验结果证明了理论分析的正确性。

介绍了光热偏转技术自动测量材料热物性的原理及实验方法。根据光热偏转检测理论建立了一套自动检测系统，从自动控制、数据采集和数据处理等方面实现了光热偏转检测技术的自动化测量。设计出了步进电机自动控制和数据处理软件。利用该系统对钛酸锶钡材料的热扩散率进行了测量，发现随着掺杂量铈的增加，钛酸锶钡的热扩散率逐渐减小，当掺杂量铈增加到一定值时，其热扩散率又开始增加。

在光波导模场分布高斯近似条件下，根据星形光波导耦合器的耦合特性，推导出了基于累加运算和卷积运算近似表达的阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率的函数表达式。给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率曲线的半最大值全宽度和阵列波导光栅梳状带通滤波器的通道中心波长的光谱响应度与器件参数的关系。在输入信号光谱分布高斯近似条件下，给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道传输效率的计算表达式和输入信号光谱宽度对阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道输出特性的影响。给出了物理意义明确的函数表达式，它们可为快速分析阵列波导光栅梳状带通滤波器的特性提供理论基础。

设计了基于PID控制技术的高精度激光器温度控制和功率控制模块。激光器驱动电流控制精度为0．1mA，系统温漂小于25mK，实现了泵浦激光器24h波长漂移小于0．02nm。依据遗传算法，采用5波长大功率半导体激光器后向泵浦和100．8km色散位移光纤，实现了带宽为90nm、增益平坦度为0．87dB的拉曼放大。

数字光源处理(DLP)投影技术是投影显示的一个重要分支，基于发光二极管(LED)照明技术的DLP投影显示技术则是目前DLP技术的一个重要发展方向。根据DLP投影显示技术的需要，对一种新型的LED混光光源进行了优化设计和仿真计算，得到了一种适合于为DLP微型投影机提供照明的LED混光光源。该混光光源可以提高LED光源的DLP微型投影机的光通量。

太阳耀光一直是困扰水质遥感的突出问题。传统的利用光的偏振性剥离太阳耀光的方法只有当太阳光以水的布儒斯特角入射时才能实现，因此该方法在实际应用中受到了极大的限制。通过深入研究光产生偏振现象的物理机理，找到了在任意入射天顶角情况下通过偏振测量去除太阳耀光的方法，并得到了较为满意的实验验证，使得在向多角度偏振遥感中太阳耀斑剥离的实际应用又迈进了一步。

成像物镜具有两个独立的焦距，并分别对空间物体成像，这种系统被称为双焦成像系统。双焦成像系统从单一角度记录三维场景中各物点的图像，它构成了单目立体视觉的基本光学成像模型。由于焦距为f₁和f₂的物镜所成的像的矢量值存在差别，即视差，并且视差的大小与物点的深度存在着定量关系，因此可利用双焦成像的视差特征来恢复场景的深度信息。叙述了双焦成像的立体视觉原理和系统的改进方案，并根据双焦成像的深度算法对已知深度的物方平面进行了深度测量。试验结果表明，深度恢复的相对误差约为－0．14%，测量结果的方差为0．97mm。

由于探测器本身固有的特性以及**上的极限使用要求，红外图像普遍存在目标－背景间对比度较差、目标边缘模糊和噪声较大等特点，采用常规模板匹配、Hu矩方法难以取得理想的检测效果。针对低信噪比红外目标图像，分析了伪Zernike矩的基本原理、不变性和计算方法，提出了低信噪比红外目标检测的伪Zernike矩方法，并比较了模板匹配、Hu矩、伪Zernike矩方法的目标检测效果。理论分析和实验验证了该方法的有效性。

介绍了光纤氢传感器的应用背景和工作原理，分析了其中的微镜式传感器。针对在垂直入射、单次反射方式下工作的微镜式光纤氢传感器，提出了多次反射的传感器模型。从金属光反射模型出发，研究了入射角、反射次数对探测灵敏度的影响。论证了通过多次反射来提高传感器探测灵敏度的可行性。