在利用剪切干涉测量共轴折返式光学系统波像差时, 会得到含中心遮拦的环形剪切干涉图。但是, 目前的剪切干涉波前重建方法大多适用于圆形或矩形区域。提出了一种适用于含中心遮拦环形剪切干涉图的波前重建方法。该方法是一种基于Zernike环多项式的模式法。仿真和分析了不同剪切比、单项像差、噪声对重建精度的影响, 结果表明：该算法具有较高的重建精度, 剪切比小于6%时, 相对重建误差小于10%；对像散的重建精度较高, 对球差和慧差的重建精度相对较低；具有较好的抗噪性。该方法已应用于实验室开发的交叉光栅横向剪切干涉仪的干涉图像波前重建中。

为了揭示午夜太阳辐射对三轴稳定卫星光学载荷的定标黑体温度均匀性和定标精度的影响, 进行了基于贴片加热电阻外热流模拟方法的真空实验, 利用电压变化产生的加热功率模拟复杂的太阳辐照度波动。将实验获取的温度数据与仿真计算结果对照验证, 分析了太阳照射过程中黑体温度分布的规律。根据辐射度学理论, 对温度不均匀性产生的定标误差进行了理论计算。实验结果显示：在午夜太阳照射过程中, 边缘受照的黑体温度分布具有对称性, 黑体最高升温幅度为8.8K, 最大温度梯度3.1K/m, 定标相对误差0.1%。研究表明：太阳辐射会显著影响黑体温度的均匀性, 由此产生的定标精度误差不会影响工程应用的要求。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是基于激光诱导等离子体发光探测物质成分的方法。激光诱导等离子体的发射谱线由两部分组成：一部分是电子-离子复合及自由电子相互作用辐射的宽带连续谱；另一部分是原子和离子发射的特征谱线。对这些谱线进行识别并测量其强度, 给出物质成分的定性和定量信息。分别讨论了样品所附着的基质为金属和电介质的两种情况, 并对ns和fs级激光脉宽的影响作了介绍。

双轴共焦显微技术具有独特的非共轴结构, 与传统单轴共焦显微技术相比可利用较低数值孔径物镜实现较高的轴向分辨力, 且具有工作距离大、信噪比高等优势。对基于CCD虚拟针孔(VPH)探测的双轴共焦显微成像系统的空间分辨特性进行了理论分析, 并构建了相应的实验系统, 对其轴向响应进行了实验验证。实验中照明物镜NAi＝0.117, 采集物镜NAc＝0.106, θ=45°, 得出系统轴向半高宽(FWHM)为2.63μm, 比同等参数(NA＝0.117)下单轴共焦显微系统的轴向FWHM高出约20倍。

由红外热像仪直接得到的热像会受很多外来因素的干扰而致使图像模糊不清、对比度差, 由此在故障诊断过程中, 需要对热像进行后续增强处理。总结了影响热故障红外检测准确性的外部因素,分析了输电接头热像的基本特征,采用了基于平方根灰度变换直方图修正和全局均衡化两种方法对热像进行了增强处理。在分析上述两种方法优劣的基础上, 提出了一种基于线性平滑滤波的局部均衡化方法。结果表明, 基于线性平滑滤波的局部均衡化方法对于处理输电接头热像更有效。

在软X射线掠射光学系统筒状反射镜的加工过程中, 根据对反射镜内表面镍磷合金镀层的质量要求, 采用镍盐还原法对筒状微晶玻璃反射镜的内表面进行了活化, 并对在含有30g/L NiSO4·6H2O、30g/L NaH2PO2·H2O、25g/L Na(CH3COO)·4H2O、18g/L C6H8O7、10mg/L添加剂的镀液中沉积镍磷合金镀层的工艺方法进行了探索。对得到的镍磷合金镀层的结合力、抗腐蚀能力等进行了测试。结果表明, 采用此法镀制的镍磷合金镀层结合力达到4B级, 耐蚀性好, 能够满足光学精密抛光的要求。

形态成分分析是一种基于稀疏模型的图像分析算法, 其中心思想是根据信号组成成分的形态差异性选择两个合适的字典分别用来表示纹理部分和边缘卡通部分, 具有良好的图像修复特性。传统上字典的选择需要由使用者根据图像内容人为确定。提出一种基于图像内容的自适应字典选择方法, 根据最小能量在字典集合中选择最适合当前图像的字典并对图像进行修复。实验证明, 该方法具有良好的图像修复性能。

在MEMS麦克风贴片工艺中, 真空吸嘴吸取MEMS芯片以后需要进行芯片位姿的精确校正。为实现高速高精度贴片功能, 提出了一种基于旋转式反射镜的飞行视觉系统, 该方案利用齿轮齿条将吸嘴的升降运动转化为反射镜的旋转运动, 通过设计齿轮参数, 实现反射镜不干涉吸嘴的拾放功能。当反射镜旋转到与水平位置夹角呈45°时, 视觉系统可以获得MEMS芯片的静止的清晰图像, CCD相机采集一幅图像后, 在贴片头飞行的过程中, 控制系统完成MEMS芯片的位置和角度的校正。实验结果表明, 该系统可以获取高质量MEMS芯片图像。该系统结构简单紧凑, 成像无失真, 不限制贴片头的运动轨迹, 显著提高了MEMS芯片的贴片质量和贴片效率, 可广泛地应用于贴片机系统中。

由于激光准确的波长, 可以精确确定其在颜色匹配曲线上的数值。基于激光的这一特性, 提出了一种新的光色性能的测量方法和系统。该系统充分利用了激光显示的优势, 色度探头采用双通道反馈放大回路切换, 并在PC中建立数据库存储数据, 它配有GUI界面, 极大地方便了不同用户的使用。实验结果证明该系统可以低成本实现光通量、照度均匀度、色度均匀度、对比度等主要光色性能的精确测试。

采用平面波展开法和时域有限差分法, 对GaAs二维正方晶格光子晶体的色散特性和带隙结构进行了数值模拟研究, 并对GaAs二维光子晶体线缺陷构成的T型波导分支器的微波传输特性进行了模拟和优化。数值模拟结果表明, 光子晶体填充比对带隙结构有显著地影响。通过在拐角处插入额外的电介质棒对GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器进行优化, 数值模拟的结果表明, 优化的GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器在一阶带隙范围内透射系数将提高到0.96以上。

根据LED光源特性和目标面光强的分布要求, 采用正交试验法, 对显微镜的LED照明系统进行优化设计。利用TracePro软件对所设计的系统进行光线追迹仿真, 结果表明, 在Φ50mm的范围内照度均匀性达到83.7%, 能量利用率达到52.8%。该结构简单,成本低,易于实现。

导航星表的性能对于星敏感器姿态测量的实时性及精度至关重要。为了克服星等过滤算法的缺点, 将支持向量机应用于导航星表的构造算法中。将基本星表中的恒星视为待分类的数据点, 选取抽样视场中最亮的k颗星作为导航星, 而非导航星的数量由抽样视场中恒星的密度决定。为了获得具有最大推广能力的抽样数据, 采用了一种球面螺旋形算法生成抽样视场视轴指向, 使用抽样数据构建最优导航星分类器, 应用最优导航星分类器对基本星表中每一颗恒星进行分类判决。仿真结果表明, 在满足8°×8°视场中至少出现3颗导航星的条件下, 该算法生成的导航星表导航星总数约为星等过滤算法的33%, 比传统支持向量机算法减少了7.8%, 其标准差仅为星等过滤算法的21%, 这表明本算法在导航星表容量及导航星分布均匀性方面大大优于星等过滤算法和传统支持向量机算法。

人体胸部各种组织器官较多, 造成胸部的CR(Computed Radiography)图像动态范围大, 是所有临床CR图像中最为复杂的一种。一般的图像增强方法只对胸腔中的部分组织起到了增强的效果, 而对另一部分组织不会有良好的增强的效果, 甚至会出现对比度变差、细节模糊、噪声增加等不理想的结果。提出了基于邻域灰度方差与噪声方差之比的自适应增强方法, 可根据胸部CR图像的灰度特性调节增强程度的加权因数K, 自适应的增强胸部CR图像边缘细节, 丰富图像的细节信息, 提高图像的诊断价值。实验证明, 该算法处理后的胸部CR图像细节丰富, 信噪比高, 细节方差和背景方差之比(DV/BV)比通用算法高, 增强后的CR图像具有良好的视觉效果, 是一种有效的适合胸部CR医学图像的边缘细节增强方法。

约化散射系数是生物组织光学研究中的一个重要的组织光学参数。利用微光纤探头与光纤光谱仪组成漫反射光谱采集系统对脑组织约化散射系数的实时在位测量进行研究。通过悬乳液与模拟胶模型实验推导了700~850nm波段约化散射系数与漫反射光谱斜率绝对值的关系式, 用模型对公式的计算精度进行验证, 利用该系统实时在位测量了20只大鼠脑组织在700nm、750nm和800nm处的约化散射系数。经统计分析, 大鼠脑白质约化散射系数在上述波长处分别为 30±5 cm-1、28±5 cm-1和25±6 cm-1, 脑灰质约化散射系数则分别为14±3 cm-1、13±3cm-1和12±3cm-1。脑组织约化散射系数实时在位测量对脑外科微创手术中的组织识别具有重要的参考意义。

设计了基于硅基槽波导的微环谐振型单纤三向滤波器。基于电磁场理论得到了二维情形下的硅基槽波导的模场及有效折射率随波长的变化关系, 在此基础上, 利用硅基槽微环谐振腔谐振波长与微环半径的关系, 优化得到了可将1490nm和1550nm两个下载波长分开的谐振环半径, 并同时将1310nm波长上传, 三个波长信号从不同端口输出, 成功地实现了三向器滤波功能。利用传递函数法模拟了所设计的硅基槽微环谐振型三向滤波器的输出光谱, 结果显示其串扰可低至-16.9dB。

基于光程匹配原理提出了一种用光学相干断层成像(OCT)系统获得的图像测量样品折射率的方法。通过分析光程匹配原理, 给出用OCT图像法测量样品折射率的原理及过程。以玻璃载波片和黄瓜组织为样品进行实验。实验结果表明, 用OCT图像法获得的载玻片和黄瓜组织的折射率测量值分别为1.499和1.353, 与发表或已知的折射率结果相吻合, 测试结果的随机误差可小于0.01。另外, 使用OCT图像法通过短时间所采集的两幅图像可对横向扫描任意位置的折射率同时进行测量。该方法进一步简化了基于光程匹配原理的折射率测量法的过程, 缩短了测量时间, 是一种快速测量样品折射率的实用方法。

叙述了对离轴四反光谱成像仪进行动态特性分析的重要性。介绍了离轴四反光谱成像仪的光学系统和结构组成。简述了动态特性分析的基础理论, 描述了离轴四反光谱成像仪的实体及有限元模型。给出了离轴四反光谱成像仪的动态特性分析模态频率数据, 结果表明其基频为624.9Hz, 满足设计要求。

为了测量柔性运动线缆的空间位姿, 提出了一种基于双目视觉的中心线匹配法, 可以对长径比较大的柔性线缆类零件的空间位姿进行光学测量。通过运动估计方法提取ROI (感兴趣区域), 对ROI进行二值化处理, 再通过细化算法提取区域的骨架作为中心线, 结合极线约束寻找中心线上的匹配点对, 重建中心线上点列并拟合空间中心线。建立了实验系统, 通过实验测试表明, 该方法平均测量误差为0.09mm, 证明了实验方法的正确性和可行性。

分析了相位调制型音频光电检测方法的可行性, 对四步移相法测量声音的光电转换方法进行了计算与分析。结果表明, 该种光电检测方法在声音的光电检测应用过程中, 振动膜片和探测器位置定位的选择对检测精度起着决定性的作用。该环节直接影响整个检测系统的声音频谱范围和动态范围。

通过制备非对称结构SOI脊型波导, 设计并优化得到一个偏振相关损耗标准样品, 通过与标准单模光纤耦合封装, 实现了偏振相关损耗测试仪表的快速校准。该器件偏振相关损耗值为0.58dB, 测量重复性相对标准差为0.02, 测量不确定度为0.2dB。

为了对某型号相机进行热平衡试验, 在真空环境下进行太阳模拟灯热仿真分析, 根据热平衡试验需要, 提出了技术要求, 对关键结构的刚性和应力分布进行了有限元分析, 并根据有限元分析结果对设计进行优化, 满足了关键结构件的刚性要求, 主要技术难题是灯极导热问题, 为了这一难题, 采用了主动控制技术, 专门设计了导热机构, 充分利用了热管的高导热率, 建立了科学合理的有限元热模型进行热分析, 通过仿真设计, 采用热管导热技术完成了太阳模拟灯结构的热设计, 解决了太阳模拟灯使用时的导热问题。

针对东芝公司生产的TCD1209D芯片, 介绍了一种基于Verilog语言的线阵CCD驱动方案, 给出了关键部分的程序代码。采用Modelsim软件对设计方案进行了功能仿真, 针对ALTERA公司的现场可编程门阵列EP2C8Q208C8N进行了适配。实验结果表明, 该设计方案功耗小, 抗干扰能力强, 可移植性好, 具有较高的开发效率。

通过实验了解影像法测量时的误差特性, 分别对塑料、木质等软质齿轮公法线及模数在数显投影仪进行测量, 并对实验数据进行分析处理, 得到测量的系统误差主要来自测量时零线的对齐误差, 通过对比检定法计算得出。随机误差主要来自于测量人员对齿廓的瞄准误差, 通过A类不确定度进行计算得出。另外测量仪器的不确定度, 按不确定度计算, 由于其远小于A类不确定度, 故忽略不计。对比塑料齿轮和木质齿轮测量的结果, 得出软质齿轮测量的随机误差与材料、加工特性及表面质量相关的特点。木质齿轮的加工变形小于塑料齿轮, 而且加工后齿廓表面质量较好, 使得木质齿轮测量的随机误差小于塑料齿轮的随机误差。

基于掺铒光纤放大器(EDFA)的增益斜率随着铒纤(EDF)长度变化的实验现象, 对EDFA的增益斜率进行了分析, 研究了不同EDF长度对EDFA的增益斜率的影响, 从理论上对实验现象进行了解释。然后用OptiSystem 模拟不同EDF长度下的EDFA增益谱, 与实验室增益斜率数据相一致, 得出了用EDF的长度来控制EDFA增益斜率的方法。

传统的电荷耦合器件(CCD), 在400nm以下CCD的量子效率太低, 而传统的基于CCD的紫外增强技术可以提高CCD对紫外波段的响应,但是存在光谱信号弱的缺点, 并且系统分辨率也因此降低。一种自行研制的CCD紫外荧光增强技术, 其创新在于去除CCD表面保护玻璃, 通过真空镀膜的方法将晕苯直接沉积在CCD敏感元件表面,能有效地提高CCD的紫外响应度, 并削弱薄膜对分辨率的影响。对于离散谱线, 253.6nm波长的相对强度提高10倍。对于连续谱线, 紫外波段的信号也得到明显增强, 截止频率从290nm降至220nm。该种方法制作紫外CCD成本不高, 可以实现批量生产, 适合工业应用。

针对复杂背景红外图像序列目标检测的难题, 给出了一种用于红外监控系统中入侵目标检测的背景建模方法。应用特征样本集为每一个像素建立统计无参数样本集模型, 根据核函数估计计算每一个像素值对模型的符合概率。使用双阈值进行目标检测和模型更新, 将图像分为三类：可靠背景、感兴趣区域和不可靠背景。通过不可靠背景类提供的信息进一步将感兴趣区域细分为入侵目标和错误检测。对几种红外图像序列仿真实验表明, 该算法不仅可以比较精确的检测显著入侵目标, 对于容易淹没在噪声中的弱小入侵目标也可以实现准确地检测。

利用有限元数值方法对扩散方程进行求解, 将激发光场作为荧光传输扩散方程的光源, 获得了二维牙齿模型内部自体荧光光场的分布。讨论了牙釉质和牙本质不同散射系数时牙齿上表面的荧光能量分布。发现牙齿上表面荧光能量随牙釉质散射系数的增大而降低, 随牙本质散射系数的增大而增大。并对牙釉质和牙本质的散射系数的改变量对荧光能量的影响进行了定量分析, 结果表明βe=2.62, βd=0.0502, 牙釉质散射系数的改变对荧光能量的影响远远大于牙本质。利用Monte Carlo随机统计方法对牙齿组织自体荧光进行仿真, 发现与有限元结果吻合较好, 验证了有限元求解组织体荧光光场分布的正确性。

把圆形高斯镜平凹腔自再现模的衍射积分方程转化为有限阶的矩阵方程, 在平面输出镜呈高斯分布的镜面变形时, 数值计算了激光场模式的场强、相位分布和模式本征值。结果表明, 当变形量较小时, 随着变形量的增加, 镜面上光场的分布范围增大, 也就说明模体积增大, 但镜面光场仍保持拉盖尔-高斯光束基模特征, 相位由平面慢慢变得凸起, 远场分布变化不明显。当变形量较大时, 光场分布开始发生畸变。从模式本征值的变化看, 在一定的变形范围内, 本征值下降不多, 说明较小的变形量对激光损耗影响不大, 仍能使激光较稳定输出。在圆形高斯镜平凹腔输出镜发生不大的高斯状变形的情况下, 仍有维持输出高质量激光束的能力。

在末制导成像阶段目标占据视场的大部分面积, 形状信息丰富, 这时对目标体上某一固定点的稳定跟踪成为最主要的需求。针对图像灰度过于集中目标难于提取的问题, 在图像预处理阶段提出了依据概率统计的图像灰度均衡的方法；为解决图像边角点的快速检测问题, 提出了图像二维投影和滑动卷积相结合的方法；最终为实现快速稳定的跟踪, 提出了依据角点匹配的形心跟踪方法。根据此算法的特点研制了FPGA+DSP的硬件平台, 充分利用FPGA的并行流水特性和DSP的逻辑运算特点, 能快速检测到目标形心和进行稳定地跟踪, 验证了方法的有效性和实用性。此方法应用在某课题上, 跟踪效果良好, 为试验的圆满成功提供了保障。

有机电致发光具有结构简单、成本低、平面光源、节省能源等优点, 其中掺杂型电致发光二极管因可以同时利用单重态和三重态的激子来发光和理论上能使器件内量子效率达到100 %而倍受关注。从掺杂型电致发光二极管发光机理、主体材料、掺杂剂材料、白光器件几个方面阐述了该领域的研究进展。

在光电混合匹配滤波相关识别系统中, 由于输入图像的频谱与匹配滤波器的形成方式不同, 不能直接实现对应频率成份的准确对准。这个问题需要通过对匹配滤波器进行缩放来解决。根据透镜的傅里叶变换性质和计算全息理论, 分别推导出输入图像的频谱的表达式和滤波空间光调制器加载了匹配滤波器后的透射函数的表达式, 并根据这两个表达式得到匹配滤波器的缩放比例的公式, 然后在实际的光学识别系统中对根据该公式计算的缩放比例进行了验证。实验结果表明, 在该缩放比例下, 相关峰的质量有较大改善, 这说明此时输入图像的频谱与匹配滤波器对应频率成份实现了较好地对准。

设计了一台高能量输出的电光调Ｑ脉冲串Nd∶YAG激光器, 可以对脉冲串重复频率、脉冲数目、脉冲间隔进行调节。重复频率1～10Hz, 每一个脉冲串含有1～3个脉, 其间隔大于200μs可调。采用平凸腔的结构, 对一定重频下的热透镜效应进行补偿。典型的实验结果为：当重频为10Hz、脉冲间隔为548μs时, 三脉冲最大输出能量608mJ, 双脉冲最大能量输出405mJ, 单脉冲最大输出能量为200mJ, 其中单个脉冲的脉宽约为8ns, 发散角为3.4mrad。

随着光学成像到光电数字成像的转变, 如何提高CCD的几何分辨率已成为研制高分辨光电成像系统亟待解决的问题。从研究现状入手,给出了现有算法并指出不足之处`,建立了亚像元超分辨成像数学模型, 提出了亚像元的CCD几何超分辨方法：将两片线阵CCD集成在同一器件中, 在线阵方向上错开半个像元, 同时读出时间减半,最终交织重组图像数据, 合成高分辨率图像。利用MATLAB软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真, 并定性定量地分析了两种方法的效果。结果表明:亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2 倍,且两组仿真图像中的峰值信噪比比双线性插值图像分别高出1. 4864dB 和2.2070dB, 该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊, 且实时性优于双线性插值方法。