对可见光和近红外波段内光纤的损耗进行了实验研究。采用光纤截断法对多色光在光纤传输过程的损耗进行了实验测量, 得到了光纤在可见光波段内吸收系数对波长的变化关系。对在500nm到1000nm的波段内存在的多处光纤吸收峰值给出了相应的解释。

针对光子相关光谱颗粒测量法在测量超细纳米颗粒时, 容易受噪声影响, 导致拟合误差较大的问题, 提出了一种基于奇异值分解的光子相关光谱滤波方法。其处理步骤为: 利用颗粒系的光强自相关函数数据构造Hankel矩阵H; 对矩阵进行奇异值分解; 根据奇异值的大小分布, 确定噪声级别和重建参数r; 从重建矩阵H1中提取经滤波后的光强自相数据, 再通过传统方法进行拟合, 得到颗粒的粒径分布。实验中采用30nm标准乳胶球单分散颗粒系, 以及30nm和100nm标准乳胶球双分散颗粒系进行实验对比。结果证明: 基于奇异值分解的光子相关光谱滤波法有效地提高了测量准确性。

激光散斑血流成像(Laser Speckle Flowgraphy, LSFG)技术采用了生物医学领域血流变化监测的一种无需扫描全场光学成像方法, 与其它技术相比具有一些独到的优点, 其有效性已经在近20年中被众多的临床实例所证明。经过多年的发展, 该方法在理论和系统上趋于完善和多样。系统地介绍了激光散斑血流成像技术的发展和基本原理, 以及在理论研究方面和系统设计方面的研究进展, 包括: 速度分布模型、对比度分析算法、散斑大小与像素的匹配、曝光时间的选择等问题。

针对目标跟踪过程中存在的光线变化及目标遮挡等复杂情况所导致的跟踪目标的丢失或跟踪错位等问题, 采用特征融合的策略, 将其用于粒子滤波框架中进行跟踪。利用特征融合加权直方图的方法来描述目标的颜色和纹理特征, 并对变化的目标自适应地更新参考目标模型,能有效地处理视频中由于旋转、遮挡、光线变化带来的影响。实验证明, 提出的算法在保证跟踪精确性的情况下, 具有较好的适应性及鲁棒性。

提出一种干涉式全光纤传感器, 能够同时实现对折射率和轴向拉力或温度进行双参数测量。传感器由一个微腔和一个纤芯失配衰减器组成。其中微腔结构是由飞秒激光加工光纤纤芯形成, 直径和深度分别是6μm 和2.5μm。该干涉式传感器可以获得20dB的高品质干涉对比度。传感器透射谱波长为1496.68nm和1533.18nm的两个衰减峰对应的折射率灵敏度分别为-29.91nm/RIU和-16.72nm/RIU, 拉力灵敏度分别为-1.55pm/με和-0.31pm/με。实验结果表明, 传感器通过灵敏度矩阵可以同时测量折射率和轴向拉力或温度两个参数。

两束相干光进行干涉时, 如果其中一束光的传输距离超过其相干长度, 则会因为发生波面畸变而无法产生干涉现象。通过实验发现: 在光束的迭加光路中加入光折变晶体, 利用光折变晶体修复光波畸变波面的作用, 能够很好的解决这种因波面畸变而无法产生干涉现象的情况。为实现光束的长距离干涉提供可行的方法。

车牌的定位对车牌识别的成功率起到决定性作用。为了通过校正倾斜的车牌提高车牌在倾斜情况下字符识别的准确率,针对小型车蓝底白字的车牌提出了一种基于RGB色彩空间与Hough变换的车牌校正定位算法。对无倾斜情况的车牌可以直接定位, 对于存在明显倾斜的车牌可以实现倾斜校正并定位。对车牌无倾斜情况的定位准确率为93%, 倾斜车牌的定位准确率为88%。

物体的变形、边缘中断等因素通常对物体检测的结果影响很大。为了减小这些因素的影响, 提出一种新的基于边缘能量图的物体检测方法。边缘能量图在一定程度上反映了物体的边缘出现的概率, 便于计算并具有较好的鲁棒性。计算出图像的边缘图像, 在此基础上分别计算出模型和测试图像的边缘能量图。基于多分辨率的滑动窗口, 在图像中找出测试图像边缘能量图与模型边缘能量图最相似的区域。基于边缘能量图快速得到目标物体的轮廓。实验结果显示, 该方法使用较快的计算速度得到了相对较高的检测率。

提出了一种基于扩展光源的自由曲面透镜设计算法, 运用该算法实现了小角度的均匀照明。在扩展光源与接收面之间建立一种能量对应关系, 利用非成像边缘光线法求出自由曲面轮廓曲线的离散数据点, 拟合离散点并生成透镜实体。对不同光源尺寸的透镜进行非序列光线追迹模拟, 讨论了光源的尺寸对于在均光前提下的发光角度的影响, 模拟结果表明, 该算法对扩展光源实现均匀照明有较好的适应性, 光束的发散角控制在其最小角度。

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型, 研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响, 提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制, 给出了三级电流密度满足的修正方程, 并进行了数值模拟。结果表明, 相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓, 而散射则加速了自聚焦的发展, 总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些, 主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大, 散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。

提出一种基于低复杂度Levenberg-Marquarat的光纤波长解调光谱峰值定位算法, 该算法相对于现有的功率加权算法和高斯-多项式拟合算法, 具有高精度定位光谱峰值的优点, 实验结果表明, 在高性噪比情况下, 采用基于低复杂度Levenberg-Marquarat的峰值定位算法可以有效地抵制噪声提高解调精度, 将光纤波长解调误差控制在1pm内。通过简化后的数据处理过程, 可以满足高速解调的要求, 便于在数字电路上实现。

横担是电力系统塔架结构中承力较多的构件, 在线路覆冰、舞动等因素影响下横担主材受力过大, 容易造成损坏。在研制的电力系统塔架模型鸭嘴式横担主材的上下表面, 采用环氧树脂做为粘贴剂分别安装四根光纤Bragg光栅, 实时监测横担应变。实验通过调整荷载改变横担主材所受应力, 从而使得光纤Bragg光栅中心波长发生移位。荷载实验表明, 在鸭嘴式横担端部进行加载和卸载时, 位于4个测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度分别为: 6 pm/kg, 2 pm/kg, 3 pm/kg, 2 pm/kg; 线性度分别为2.6%FS, 6.1%FS, 2.7%FS, 4.5%FS。

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构, 研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时, 在压差的作用下, 膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化, 使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸, 进而导致中心波长发生移位, 实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示, 光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系, 沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm, 线性度为1.73%FS, 迟滞为0.984%FS, 重复性误差为3.61%FS。

隧道二次衬砌性能劣化是影响隧道健康运营的主要病害, 利用光纤通信技术对二次衬砌进行结构安全性分析, 是保证隧道工程健康运营的重要手段。以埋入式光纤Bragg光栅应变传感器对田心隧道二次衬砌监测的实际数据为依据, 选择最佳的典型函数模型对隧道的监测数据进行非线性回归分析, 得出能够反映应变发展变化趋势的回归曲线, 预测支护结构(监测点)的应变趋势, 判断支护效果, 对隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析, 从而实现对隧道结构部的稳定性判断。

静止卫星采用遥感图像中的地标进行自动导航, 海岸线的检测是图像导航的重要一步。将检测结果与全球标准模板库中相应区域的海岸线匹配, 依据获得的偏移量调整卫星姿态。根据静止卫星图像导航过程的特点, 提出了一种适用于静止卫星红外通道的海陆分界线检测方法, 进行云检测并依据地标模板库初始化后, 采用C-V模型推动曲线进行演化。实验结果表明, 此方法针对静止卫星红外通道的特征, 不仅具有计算量小、精度高的特点, 而且具有较好的稳定性和普适性。

针对LCD显示器的颜色还原问题, 根据一维查找表(1-Dimension Look-up Table, 1D-LUT)方法, 建立显示器设备颜色空间(RGB空间)与标准颜色空间(CIE XYZ空间)之间的颜色特性转换模型, 采用CIE LAB色差评价方法, 得到平均色差为1.56。并与GOG(Gain-Offset-Gamma)模型特性化结果对比分析, 经GOG模型特性化后得到的平均色差为8.87。分析对比1D-LUT与GOG模型对LCD显示器特性化的适用性, 为设备颜色的精确复现提供必要的依据。结果表明, 1D-LUT相对于GOG模型特性化精度高, 具有较好的颜色复现能力, 适用于LCD显示器的特性化, 而GOG模型不适用于LCD的特性化。

在K9玻璃基底上将两种物理性能完全不同的薄膜形成组合膜系层, 实现了抗电磁干扰、高透光的效果。技术指标为: 在400nm-1100nm宽波段范围平均透光率不低于90%; 为达到良好的抗电磁干扰屏蔽效果, 抗电磁屏蔽其方块电阻值为4±0.5Ω/口。为满足设计技术指标要求, 计算设计了抗电磁干扰与减反射复合膜系结构, 进行了镀膜工艺实验。实验结果表明, 通过采用离子束辅助沉积工艺技术, 可改善光学薄膜的微观结构, 进而提高了复合薄膜的光学、物理性能和膜层的稳定性。

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理, 研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计, 在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔, 腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁, 流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡, 导压腔内部产生脉动流体, 等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比, 通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明, 该流量计的线性度为4.38% FS, 仪表系数为K=3.659, 光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182 Hz/(m3/h)。

自动对焦是全自动显微镜的关键技术, 决定着显微镜成像的精确性和实时性。对焦方法包括主动式和被动式两种, 主动式是指基于数字图像处理的对焦方法, 被动式是指基于光学离焦量检测的对焦方法。介绍了两种方法的原理和研究现状, 通过比较其优缺点, 总结出基于离焦误差检测的主动式对焦方法具有更高的精度和速度, 更适用于全自动显微镜系统。

针对超长距离分布式振动检测传感器在复杂地表振动环境下性能指标下降的问题, 提出了借鉴雷达信号处理技术领域脉冲分选技术的振动信号特征分析提取、分选和融合方案, 实现了对并发振动随机混合信号的同源振动的信号分选和事件的恢复重构。对两起和四起并发事件进行了现场测试, 传感器检测和报警结果准确。为超长距离分布式光纤振动传感器在复杂地表振动环境下的应用提供了可能。

采用1.6μm激光差分吸收是探测甲烷(CH4)气体浓度的一种重要手段。通过对CH4气体吸收光谱的理论分析及计算, 并基于Er∶YAG单频可调谐激光器, 在实验室测量了CH4气体对1.645μm激光的吸收谱线。实验结果对研制用于测量CH4气体浓度的差分吸收激光雷达光源有重要意义。