小口径非球面零件是一种非常重要的光学零件。介绍了国内外小口径非球面超精密加工技术的发展现状和装备。对单点金刚石车削、超精密磨削、透镜成型、超精密铣削和特种加工技术进行了综述。指出了小口径非球面加工的发展趋势和产业化需要解决的问题。

血液微循环的测量研究有着非常重要的临床诊断价值。现有的可用于血液微循环测量的光学多普勒技术可分为三大类: 激光多普勒技术、相干层析多普勒技术和光声多普勒技术。在介绍这三类技术的基本工作原理和主要特点的基础上, 简要分析了各类中最具代表性的前沿技术, 分别为激光多普勒宽场实时成像技术、光学相干层析多普勒微血管造影术和光声多普勒流速测量技术。对这些前沿技术的进一步发展和实际应用进行了展望。

介绍了影栅云纹的原理和优点, 将其用于软、硬物质的形变、形貌以及表面平整度检测。实验研究表明, 影栅云纹法适用于软物质的大形变测试, 尤其对大梯度的待测物具有较好的测试效果, 对硬质材料表面平整度及缺陷具有较好的无损识别能力。实验系统配置简单, 实验重复性好, 易于操作。实验结果可以以环形干涉图定量显示或以平面干涉条纹陡拐定性显示缺陷部位。

为了达到傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)数据快速重建的目的, 使用GPU并行计算技术设计了基于CUDA (compute unified device architecture)的成像光谱仪快速数据重建优化算法。采用CUDA下的CUFFT库和CUDA并行计算内核, 以达到加快成像光谱仪快速数据重建。结果表明, 基于CUDA的并行计算技术能有效调动GPU的硬件资源, 可大幅度提高光谱重建处理任务的计算效率。如果将该技术应用到更多核的并行计算工作站上, 那么单台计算机完成干涉成像光谱仪数据的实时处理任务将成为可能。

提出了一种新的基于双目视觉的水下成像模型。在摄像机理想针孔成像模型的基础上, 考虑平面防水罩厚度对光线经水、防水罩、空气发生两次折射的影响, 建立了摄像机在水下环境中物体的三维重建模型。针对此模型, 分析了双目测量系统结构参数以及被测物点位置对测量精度的影响, 对进一步优化系统结构设计和提升系统测量精度具有一定的实际指导意义。

单个激光波长受卫星相干光通信系统中反射镜的影响, 其波前将会发生不可预期的变化。研究了波前在单个反射镜面形畸变下的变化, 并分析了它对卫星相干光通信效率的影响。仿真结果表明, 畸变位置处的峰谷值是影响激光波前的主要因数, 而畸变的大小对链路性能的影响却有限。

在三角法激光位移测量系统中,光功率的强度和稳定性对测量精度具有重要影响。首先通过实验研究了待测物面颜色和粗糙度对系统中光束衰减程度的影响,然后在MATLAB/Simulink中进行位移测量系统的光功率控制建模和分析。结果表明: 对不同颜色和粗糙度的待测物面, 在75μs之后系统光功率控制稳定度达到了0.1mW;待测物面对光束的衰减作用越小, 功率控制系统的超调量越大, 响应时间越快。这为精确控制激光器的发光强度和适应不同物面的精确位移测量打下了基础。

用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(ABD)m(CBA)n(ABD)m(CBA)n的透射谱。结果表明: 当增加周期数m或D层介质厚度dD时, 透射谱中的两个隧穿模越加锋锐, 但所处频率位置不变; 当增加周期数n或C层介质厚度dC时, 透射谱中的两个隧穿模向中间靠拢趋于简并; 当增加A层介质厚度dA时, 透射谱中双隧穿模结构及位置无变化, 而当增加B层介质厚度dB时, 透射谱中的三模结构向低频方向移动, 且逐渐消失; 随着入射角θ的增大, 透射谱中两隧穿模向禁带中心靠拢。利用单负材料光子晶体的透射谱特性可实现可调性和高品质的单、多通道超窄带滤波功能。

纸张等薄片的计数在工业生产中使用得非常普遍, 而传统的纸张计数方法大多是通过专门的机械装置甚至人工来完成的, 具有成本高、体积大、效率低、准确率低等各种突出问题, 迫切需要改进。针对彼此平行放置的纸张, 提出了一种沿其放置方向概率统计的算法, 在采样位置处统计正交于放置方向的纸张数目, 最后选取出现概率最大的一个数据作为统计结果。考虑到纸张之间彼此不平行且出现重叠的情况, 提出了一种全局轮廓的统计算法, 经过预处理, 对纸张边缘轮廓统计计数。实验结果表明, 该算法有效地克服了因为遮挡和重叠而引起的统计错误。

为进一步提高共焦元件参数测量系统的定焦精度, 提出了运用高斯滤波算法对由共焦系统采集的光斑图像和共焦轴向强度响应信号进行滤波处理, 以降低系统光学噪声对测量光斑图像的影响, 削弱外界环境扰动等因素对共焦轴向强度响应信号的干扰。经理论分析和实验验证, 在对测量光斑图像和共焦轴向强度响应信号进行高斯滤波算法处理后, 可有效地抑制图像噪声, 降低高次谐波干扰, 进而提高系统的定焦精度。

为提高红外图像目标场景细节表现能力, 研究了热图像自适应细节增强算法AS&DRP。通过能自适应调节窗口大小的自适应滤波器滤波及γ压缩变换, 在压缩像素数位的同时有效地保留了目标和场景的细节信息。采用Xilinx公司的XC5VSX50T的FPGA作为核心处理器, 配制少量外围器件研制了通用数字图像处理电路, 并在其上实现自适应细节增强算法。通过对线性压缩和由自适应细节增强算法处理图像的主观视觉评价与客观评价参数EME的对比, 表明了算法在突出细节上的优势。算法硬件处理系统具有时间延迟小、消耗资源有限、功耗低等优点, 适合在各类高性能热成像系统上使用。

分析了复杂地面背景下序列图像检测弱小目标的困难, 研究了一种针对场景较复杂的运动弱小目标检测方法。首先将序列图像分割成等间隔的处理单元, 并利用最小二乘匹配进行坐标对齐, 然后使用Top-Hat算子处理图像并进行CFAR分割, 综合考虑处理单元中的每幅图像, 对固定背景干扰进行抑制, 最后根据运动弱小目标轨迹进行检测。进行了三组序列图像实验并绘制了ROC曲线, 证明该方法是一种有效的弱小运动目标检测方法。

为满足主动光幕测速系统的测试需求, 在分析弹丸光信号特征的基础上设计和研制了一种弹丸光信号模拟装置。通过该模拟装置生成了在不同环境条件下的弹丸反射光信号, 其中包括弹丸形状、弹丸反射系数、背景光大小、弹丸速度、电磁干扰和蚊虫侵入等。利用这些不同的光信号对主动光幕测速系统探测单元的性能进行了测试实验, 获得了弹尾时刻的最佳判决方式。通过与实地靶场实验对比, 进一步验证了弹丸光信号模拟装置的正确性和探测单元的有效性。

采用一种新的波长算法, 通过获取光谱峰的位置信息, 对相邻像元间的波长进行细分, 将线阵CCD微型光谱仪波长的测量分辨率提高到了1pm。实验测量结果表明: 测量光纤布喇格光栅(FBG)的波长稳定性优于1pm; 测量光纤外腔式Fabry-Perot干涉仪(EFPI)的波长稳定性为5pm; 计算速度比采用插值算法更快, 有效地提高了波长测量的分辨率和采样频率,可以实现光纤传感信号的高速高精度解调。

为提高车辆在特殊环境下的行动能力, 通过引入光纤技术提升车辆的智能化和综合化。新型光纤技术是辅助车辆获得更高性能的有力**。对此综述了车载光纤领域内的光纤通信及光纤传感技术的应用, 包括可提高车辆数据处理与传输能力的塑料光纤和通信用器件光纤旋转连接器、光纤传像束以及光纤陀螺和光纤传感网络等。简要介绍了它们的工作原理和国内外的研究现状, 并提出了光纤技术在车辆应用中的新挑战。

利用光纤准直器的特殊分布, 设计出了一种新型的离轴双向传输旋转结构。该光纤旋转连接器具有两个可绕一共轴相互独立旋转的部件, 在一个旋转部件上离旋转轴等距处安装四个光纤准直器, 在另一个旋转部件上安装两个光纤准直器, 两部件上的光纤准直器在旋转过程中始终保持光耦合, 从而实现了光信号能在旋转过程中不间断的双向传输。通过分析从光纤准直器出射的光斑功率分布和系统旋转的损耗值, 在进一步提升机械性能和光耦合效率的基础上, 实现了高质量的图像和视频信号传输。实验结果表明, 在旋转部件间距小于500mm和转速小于120r/min的条件下, 系统满足1.25Gbit/s的高速率光信号的稳定传输。

应用干涉测量技术对制造棱镜时所用的光胶垫板、光胶长方体和棱镜光胶盘被加工表面与光胶垫板基准面之间的平行度进行测控, 以达到提高棱镜制造精度的目的。