针对立方相位板的曲面特征,基于波前传感方法设计了面形测量系统。提出了波前数据到曲面面形的映射模型,借助图像处理方法有效地提高了测量的动态范围,实现了较大曲率的立方相位板面形精度的超精密测量。仿真分析表明,该模型的转换精度同传统算法相比提高了2~3倍,测量的动态范围提高了4倍,且仍有提高空间。最后搭建的实验系统实现了实际立方相位板面形的测量,通过与Wyko白光干涉仪的测量数据对比,验证了测量的准确性。

人们一直关注视觉阈值测量与诊断的研究,近年来人眼及其他视觉传感器的色差阈值测量与研究开始引人关注。讨论了一种基于由两路颜色积分球均匀光源共轭产生的可精密调控颜色及其色差目标的装置。该装置基于麦克亚当椭圆理论,选择CIE LUV均匀颜色空间及其色差公式来表示颜色并计算色差ΔE的大小,可实现在较大色域范围内不同颜色中心在不同方向上的颜色宽容量和色差阈值的测量,可为被试者提供色视觉功能的诊断。

为了确定凸面光栅成像光谱仪的光谱特性,需要对凸面光栅成像光谱仪进行光谱定标。基于单色准直光法设计了一套全视场光谱定标系统,引入球面镜提供准直光,采用一块可以自由滑动和转动的折转镜改变定标光线的入射角,实现了全谱段自动化光谱定标。运用光学设计软件CODEV对光谱定标系统进行了部分光学模拟,证明了整个系统的可靠性。结合光谱定标系统的结构和特点,对整个光谱定标系统进行了精度分析。理论分析结果表明,该系统的光谱定标精度优于1%。该定标系统具有体积小、通用性强等特点,可为其他成像光谱仪的光谱定标提供参考。

为了使红外场景投射器投射出的红外场景更加逼真,设计了一入瞳距800mm、入瞳100mm和视场为±2.5°的双波段红外场景投射器投影光学系统。研究了红外场景投射器双波段投影光学系统的设计过程,分析了初始结构选择的方法。该系统可以模拟主要发出波长为3~5μm的高温物体和波长为8~12μm的常温物体,可以分别使用3~5μm波段红外探测器和8~12μm波段红外探测器进行观测,并对该系统进行了像质评价和公差分析。

莫尔纹防伪作为一种防伪方式,具有可靠性高、独占性强、工艺简单、成本低等诸多特点,在包装、印刷和防伪领域具有广泛的应用。对莫尔理论、莫尔纹的形成和防伪原理进行了分析,研究了如何将简单的图像信息隐藏在待复制的彩色印刷图像中,分析了不同的网点形状、网点百分比、加网频率、加网角度等网点特征参数和防伪母版对莫尔纹潜像的嵌入与识别的影响。通过实验对比不同参数下的效果图,得出了适合的彩色莫尔纹防伪参数。该莫尔纹防伪参数可用于半色调莫尔纹防伪潜像的设计,能为在彩色印刷品中嵌入莫尔纹防伪技术提供参考,具有良好的应用性。

针对压缩传感理论应用于实际系统成像时重构图像质量随图像采样率变化的问题,通过对正交匹配追踪算法进行改进,提出了一种利用空间光调制器实现编码孔径成像的压缩传感图像重构方法。该方法对传统的正交匹配追踪法迭代计算中已选入支撑集的列向量进行标记,并在下一次迭代计算中予以排除,从而减少了重构时间。在此基础上提出了将测量矩阵分别按行和按列排列进行重构后平均的图像增强算法。增强算法在达到同样重构质量时,减小了图像采样率,有利于图像数据的传输和存储。仿真实验验证了方法的有效性和稳定性,可为压缩传感技术的应用提供技术参考。

为了提高块匹配运动估计快速算法的搜索速度、精度和鲁棒性,提出了一种多起点并发式快速运动估计搜索方法。根据匹配块搜索的特性,提出了均匀选取多个起始点的方法,同时根据搜索区域的大小制定了自适应的限制条件和进度表,使得算法的收敛速度有了很大的提高。该算法在迭代过程中不但能够接受使目标向好的方向前进的解,而且能够在一定限度内接受使目标恶化的解,这使得算法能够有效地跳出局部极小的陷阱。使用基于TMS320C6415芯片的DSP图像处理系统对抖动视频图像序列进行实验。实验结果表明,当视频图像为PAL制,分辨率为720×576个像素,并且相邻图像间的抖动范围为±40个像素时,使用新提出的方法,匹配参数的计算量不大于使用全域匹配方法计算量的1/8,并且搜索精度远高于其他传统的快速搜索方法。

针对全色CCD光学遥感卫星成像平台,提出了一种基于多属性融合的高分辨率图像云检测方法。首先根据云的物理特性和成像特性展开多属性分析,并提出了基于可分离度的特征选择准则来进行特征参量提取;然后针对两类样本的分布结构差异,结合LDA线性特征压缩算法,削减特征空间的维度;最后利用SVM分类器完成云检测。实验结果表明,该方法适用于高分辨率全色遥感图像的云检测,具有较高的检测概率和较低的虚警概率以及较高的算法执行效率。

大幅面自由表面投影技术在展览展示、产品发布、虚拟仿真等领域得到了广泛的应用。在深入分析自由表面投影拼接应用案例以及国内外研究现状的基础上,提出了一种新型的适用于大幅面自由表面的投影拼接方法,所研究的关键技术包括相机校正、结构光编码、固定视角的投影几何校正等,在理论研究的基础上设计并实现了三维建筑模型投影系统。实验表明,所提出的方法能够满足建筑表面投影拼接的需求。

从理论上分析了光纤光栅(FBG)温度传感器反射波长的中心位置漂移时间响应关系式,讨论了材料、热交换系数和外包材料等因素对FBG温度时间响应速度的影响。分别对裸光纤光栅在介质中的温度时间响应特性和外包材料中光纤光栅的温度时间响应特性进行了实验验证。通过实验证明,FBG传感器反射波长中心位置漂移滞后性与光纤材料、光纤表面积、表面换热系数h有很大的关系。h越大,反射波长中心位置漂移滞后时间越短,其变化规律符合理论分析结果。

锚索通常工作在高应力状态,其健康状况直接关系到边坡的安全和稳定。为了实时反映锚索的受力状态,将光纤Bragg光栅粘贴在锚索钢丝表面。锚索受力发生形变,从而使粘贴在锚索表面的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。拉伸试验表明:拉伸力灵敏度为19.9pm/kN,线性度为1.02%FS。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚索所受拉伸力的在线监测。

制备了胶体晶体,并利用胶体晶体的光子带隙对折射率传感进行了实验研究。从理论上分析了胶体晶体光子带隙中心波长的变化与折射率的关系。通过设计模具制备了胶体晶体-光纤结构,用扫描电镜对胶体晶体的表面进行了观察,并测量了胶体晶体的光子带隙的位置。结果表明胶体晶体的光子带隙的测试结果与理论分析相一致。设计了实验装置,利用光纤间的耦合对胶体晶体的光子带隙的变化进行了测试和分析。结果表明SiO2胶体晶体光子带隙的中心波长为1445.5nm,且在不同折射率液体环境下,其中心波长发生移动,能够形成新的传感机理。对胶体晶体在液体传感上的应用进行了探索。

Bragg光纤是一种具有全向反射光子带隙的新型微结构光纤。分析了无限包层Bragg光纤中的模式,在此基础上对有限包层Bragg光纤中传输的模式进行了分类。通过对比研究无限包层Bragg光纤中的模式,把有限包层Bragg光纤的模式分为准导模、PML模和泄漏模,并对上述模式的特性进行了简要分析。

为了消除光子晶体环形腔滤波器的多模特性,通过在环形腔的输出负载通道中引入点缺陷,提出了一种复合缺陷光子晶体滤波器结构。将线缺陷作为主波导,将环形腔和点缺陷相结合作为负载波导来实现对特定波长的滤波。分析了光子晶体整体介质柱折射率、点缺陷的折射率以及点缺陷的尺寸对滤波器滤波特性的影响。令m=r-point/r,由数值模拟分析得出,当m取0~0.6时,B端口输出的滤波波长值没有发生改变,而在m∈[0.6,1.8]的合理区间范围内,若改变点缺陷介质柱半径,则可实现滤波器的单纵模滤波和滤波特性的可调谐,这将对多通道滤波器结构的设计提供有效的理论参考。

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下介电系数对等离子体光子晶体色散的影响,考虑Compton散射对介电系数的影响,给出了一维等离子体光子晶体色散关系式,并进行了数值模拟。结果表明:与散射前相比,当介电系数ε=1时,不出现禁带;当ε<3时,随着ε的增大,一级禁带宽先缓慢增大,再到最大值,后缓慢减小,二级禁带宽先缓慢增大后趋于饱和值0.69,较散射前减小了0.03,两禁带ε临界值为5.4,较散射前减小了0.6;当ε<5.4时,一级禁带宽明显大于二级,较散射前减小了0.04;当ε>5.4时,二级禁带宽大于一级,二者差值比散射前明显减小;截止频率和二级禁带边缘频率均向低频方向较快移动,且二级禁带边缘频率变化幅度明显大于截止频率。

提出了一种结合主成分分析(PCA)和独立成分分析(ICA)的多光谱数据降维方法,实现了用低维基向量的线性组合来表示高维的光谱数据。首先用PCA方法对多光谱数据进行重构,为了提高色度精度,重建中引入了物体的色度信息;然后用ICA方法对因引入色度信息所造成的剩余光谱误差进行修正。从实验结果来看,所提出的方法均方根误差的平均值较PCA法降低了34.48%,GFC的平均值也达到了95%以上,其降维精度优于基于PCA的光谱降维方法。

研制了一种铝靶软X射线源,这种X射线源对轻介质、薄样品的成像更清晰、分辨能力更强。利用多层滤片和生物样品对铝靶软X射线源进行了性能检测,实验显示铝靶软X射线源对轻介质和生物成像具有较高的吸收衬度,成像效果优于其他靶材X射线源,并通过改变工作电压可以显著调节谱线中软X射线的比例。这种铝靶X射线源适合作为实验室便携式软X射线光源。

为了深入研究Lyot型退偏器的退偏原理,利用光束叠加的方法,通过分析得到了该退偏器对复色线偏振光的退偏度表达式。利用该表达式及光束叠加思想,从新的角度分析了Lyot型退偏器的三个理想退偏条件:晶体光轴夹角为45°;每一片晶体的延迟量足够大;两片晶体的延迟量之差必须足够大。通过比较发现,早期研究结论的不同主要是由于选取的光源功率密度谱不同造成的。研究结果表明,光束叠加方法计算简单、意义清晰、退偏度表达式简洁,可以更加全面、细致地实现退偏性能的分析。

针对球面光学零件,采用气囊抛光方法对其进行加工,以正交实验为实验方法,以球面光学零件材料去除率和表面粗糙度为目标,研究了5个主要影响因素(气囊压缩量、气囊转速、内部压力、抛光液浓度和工件曲率半径)对材料去除率和表面粗糙度的影响程度,并根据实验结果优选工艺参数,找出影响材料去除率和表面粗糙度的工艺参数优化组合。以去除率和表面粗糙度为目标工艺参数,在优选后的结果指导下,根据优选后的工艺参数,以控制表面粗糙度为目标,采用离散进动方式抛光球面光学零件,可获得超精密的光滑表面。