基于光纤双Mach-Zehnder干涉仪(MZI)结构对周界防护系统进行了设计研究。通过对两路经过不同延时的相同信号进行互相关运算, 实现了对振动入侵点的定位。提出了一种分段数据处理方法, 有效地提高了定位稳定性及准确性。测试结果表明, 该双Mach-Zehnder干涉仪周界防护系统可以实时对振动点进行定位, 在传感光纤长度为2km、采样率为2MHz时定位精度优于200m, 能够长时间连续稳定工作。

基于对铁路运行环境中所拍摄的图像特征的分析, 提出了一种修正的线段检测子(MLSD), 并利用该线段检测子结合最小二乘拟合及交叉迭代优化方法对消失点进行快速检测, 进而利用消失点坐标实现了相机姿态的估计, 为后续调整机器视觉算法进行铁路运行环境的场景重建提供重要依据。运用该方法, 基于车载相机所拍摄的图像对车载相机姿态进行估计, 实验所得的估计值满足了车载检测系统的精度要求, 表明了此方法对于估计相机姿态有效的。

稀疏孔径望远镜的子镜装调误差是影响光学系统成像质量的主要因素之一。研究了基于遗传算法的两次离焦相位差法, 即在稀疏孔径望远镜系统的两个不同的离焦面上获得两幅图像数据, 采用遗传算法, 通过最大似然估计目标函数最优化的方法, 恢复目标图像并计算出稀疏孔径光学系统的活塞误差和倾斜误差, 分析了复原图像的信噪比和方差。结果表明: 遗传算法与两次离焦相位差法的结合不但可以精确求得子镜的装调误差, 而且能够算出两次离焦的距离。与传统相位差法相比, 计算时间相当, 实验难度降低。

光纤传感器测量温度变化时为消除外加应力应变对温度产生的影响,设计了双套管式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器,双层结构用来隔离外加应力应变。对温度传感器建立平衡态模型, 并进行有限元热分析,仿真结果分析表明,当温度从20℃跃变到70℃、70℃跃变到20℃时,温度响应时间分别为t0.9=50±1s、t0.9=60±1s。并与水浴法测温实验结果(t0.9=52s、t0.9=63s,灵敏度为9.8410-3nm/℃,线性度为99.88%)相比较,时间偏差小于3s。

研究内渐进多焦点镜片的前表面光焦度对该镜片的光焦度和散光的影响。设计出远用光焦度为2~10m-1, 附加光焦度为2m-1的渐进表面数据, 分别与1~10m-1的前表面光焦度匹配后输入Rotlex自由曲面检测仪转化为理论光焦度和散光度并进行统计分析。结果表明: 在内渐进多焦点镜片的前表面光焦度匹配图中, 存在扁椭圆区域, 在该区域内匹配的内渐进多焦点镜片的远用区和近用区视觉清晰范围最大, 且最大散光不大于附加光焦度。对于远用光焦度为非负的内渐进多焦点镜片, 子午线上光焦度会随着前表面光焦度的增大而偏大。远用区为较大的正光焦度时, 远用区和近用区清晰视觉范围明显较小。

针对某陀螺生产厂家新引入的超辐射发光二极管光源在原光源驱动设备上的功率变化异常的问题, 对光源温控环节的传递函数和相应控制参数进行了理论和试验分析。相比陀螺常用SLD光源, 新引入SLD光源内部热敏电阻与SLD管芯间距大得多, 且不在同一热沉上, 这使得该厂光源温控部分的传递函数出现明显时间滞后, 表现为其对微分环节依赖性增强。通过对原光源驱动设备上微分环节的优化设计, 可使热敏电阻位置相差较大的不同厂家的光源同时获得良好温控效果。上述结果对于理解SLD光源温控PID(比例-积分-微分)参数差异性、提高SLD光源温度控制适应性提供了客观依据。

等强度悬臂梁作为力学传感器的关键转换元件, 不同尺寸和材料的悬臂梁, 其自由端的挠度和作用力的量程及光纤光栅的最大微应变也不同。采用光学测量中的基本元件光纤光栅及等强度悬臂梁为模型基础, 设计模型平面节点坐标有六个, 平面节点坐标可以改变等强度悬臂梁的尺寸, 模型厚度依次设置为0.005m、0.010m、0.015m、0.020m、0.030m。对初始尺寸, 厚度为0.005m, 材料选择为碳素钢的悬臂梁的仿真, 结果表明, 光纤光栅工作在均匀应变区时, 其自由端挠度的量程为0~2.767×10-2m, 作用力的量程为0~437N,光纤光栅的最大微应变为171με。

针对低色温白光数码管发光效率低的情况, 提出了一体化的封装工艺。主体结构包括一体化技术的发光室和斜腔结构的反射盖。为验证用新工艺制备的白光数码管的光电性能, 利用实验设备测试和分析了自制的两种不同工艺封装的白光数码管显色指数、发光效率以及色坐标等性能指标。实验结果表明, 新工艺制备的白光数码管平均显色指数比传统点胶工艺高1.53%、平均发光效率高191%, 从色坐标集中度看, 新工艺制备的白光数码管出光均匀性比点胶工艺好。

为了快速准确地检测地表水、污水的化学需氧量(COD), 设计了一种十字通透式结构光纤传感器, 建立了一种水质COD全光谱检测系统。基于该系统, 建立了COD与光谱吸光度的相关性数学模型。对配置的检测水样进行了测量, 并比较哈希DR 6000多参数水质检测仪对相同水样测量得到的数据, 可以发现, 所构建的系统与哈希DR 6000多参数水质检测仪测量COD的示值误差小于3%, 能较好的适用于水质COD实时在线检测。

结合波分复用和空分复用技术, 可增加光纤Bragg光栅(FBG)传感波长的解调数目。开发了FBG传感器检测仪与计算机系统之间的光纤Bragg光栅传感检测系统。该系统通过串口总线分别与光开关和解调仪通信, 实现了传感光谱的实时描绘和16通道的FBG传感中心波长的动态更新。测试结果表明, 系统工作波长范围为1527~1566nm, 中心波长分辨率为1pm, 一次采集光栅波长信息时间为620ms。

设计了一套基于激光准直技术的顶管机自动导向水平角测量系统。系统具有两套光靶激光测量装置。利用具有漫反射特性的标靶接收准直激光, 标靶图像经CCD相机采集后处理得到标靶上的光点位置, 根据光点位置的变化可计算得出顶管机机头偏转的角度信息。研究了图像处理算法和角度计算算法, 并搭建了实验测试系统。实验结果表明, 在100m的测量距离内, 系统水平角测量范围可达到±1°, 测量精度为0.01°,可以满足顶管机地下施工水平方位角的测量要求。

以光纤Bragg光栅位移传感器对淮北朱仙庄煤矿顶板离层监测为实际数据依据, 选择最佳的典型函数模型对顶板离层进行非线性回归分析, 得出能够反映位移发展趋势的回归曲线。监测结果与回归拟合数据表明: 非线性回归分析预测方法不仅可以反映煤矿顶板离层实时变化过程, 还能根据其变化趋势进行巷道稳定性判断。

为了满足未来车载全景辅助泊车系统对高清视频图像的需求, 以美国OmniVision公司的OV10635低功耗、高分辨率、高动态范围CMOS图像传感器为例, 提出了应用210°超广角鱼眼镜头的高清720P车载全景成像系统的电路设计方法以及高速图像传输和调试应注意的问题, 并通过选取超低 EMI 信号传输的双向 FPD-Link Ⅲ 串行/解串器实现了传输距离远、信号质量稳定、传输速率1Gbit/s以上高清数字图像数据的高速传输。通过实际测试表明, 对CMOS图像传感器电路的设计达到了车载全景成像系统的高清成像稳定性、小型化等要求。

通过对CRT显示器的亮度和色度的实验测量, 研究了显示器的稳定特性和其相对稳定后的色度偏差。结合显示器的亮度和显色特征, 提出了一种精确控制CRT显示器的亮度和色度方法, 并通过实验进行了验证。实验结果表明, 亮度控制相对误差不会超过0.8%。在色度控制误差中, 其平均色差、最大色差、最小色差分别为0.2358、0.5532、0.0287ΔE*ab。结果表明, 提出的显示器亮度和色度控制方法能够较好的实现精确控制显示器的亮度和色度, 比现有的LUT和GOG模型方法具有更高的控制精度。

为克服大气非等晕的影响, 多层共轭自适应光学(MCAO)系统被广泛应用于太阳望远镜, 以有效扩大校正视场。仅考虑由于大气非等晕造成的系统理论误差, 研究了变形镜(DM)个数及其共轭高度对太阳多层共轭自适应光学(MCAO)系统性能的影响。结果表明, MCAO系统中DM的最佳共轭高度取决于大气湍流的分布; 理论上, 太阳望远镜(D/r0=28.57)视场为1arcmin时, 只需两块DM, 太阳MCAO系统斯特列尔比(SR)可达0.55, 基本满足太阳望远镜的观测要求; 同时, 随着太阳望远镜口径的增大, 需通过增加DM个数以满足其在大视场观测的需求。

检测具有特殊空间结构的IC板引脚焊点缺陷时, 相机镜头相对于引脚平面会有一定的倾斜角度, 在特定的范围内获取图像清晰, 超过此范围图像出现离焦模糊。针对此问题进行了研究, 建立了景深的数学模型, 推导出合理拍摄角度的公式, 并通过实验进行了分析和验证。

镜头畸变是影响测量精度的关键因素之一。非度量镜头畸变校正方法直接将图像物理坐标系下的镜头畸变模型应用于图像像素坐标系, 忽略了非单位纵横比的情况。通过对成像过程进行分析, 得到了更精确的像素坐标表示的镜头畸变模型, 对现有的镜头畸变模型进行了修正 , 考虑了纵横比对镜头畸变的影响 。通过实验,对新模型的可行性进行了验证 , 实验结果表明, 新的模型能够有效地提高了测量精度。

基于应用越来越广泛的显示器-显示器之间的跨媒体颜色复制, 设计了22个色块, 通过一组显示器不同白点下的视觉匹配实验, 获得匹配显示器在4000K、5000K、7500K、9000K时与待匹配显示器在6500K时的对应色数据, 拓宽对应色数据的研究领域, 并用Von Kries, Fairchild和CMCCAT2000三种色适应模型进行数据预测, 通过分析得出, 当适应场色温偏高时, 采用CMCCAT2000模型会有较好的预测效果, 而当适应场色温偏低时, Fairchild模型的预测效果优于其他两种模型。同时, 在显示器间进行高精度色貌预测时, 也为色适应模型的选择提供依据。

针对仪表监控识别系统中仪表抖动、仪表外观特征不明显的情况, 提出了一种快速而准确的识别方法: 加入移动侦测, 用于检查仪表抖动, 确定是否需要在下次识别中进行字符重定位; 使用marker检测法对仪表的感兴趣区域(Region of Interest, ROI)进行定位。通过与传统识别方法(没有移动侦测、使用仪表原始特征定位ROI)进行对比, 新方法对仪表字符的识别速度和识别准确度有显著的提高。

把视觉底层特征概念引入到客观图像质量评价中, 提出了一种基于不同图像视觉底层特征的质量评价方法。在基于Itti计算模型和视觉底层特征最佳权重的基础上, 对4种类型图像提取底层视觉特征显著图, 利用特征最佳权重值, 组合归一化形成视觉计算显著图, 通过直方图相似度计算分析各显著图。实验结果与主观评价结果具有较好的一致性, 且优于基于传统Itti模型和SSIM模型的图像质量评价方法。不同类型的图像需要充分考虑各特征的权重大小, 使其能真实反映视觉感兴趣区域的特征属性, 更好地评价失真图像的质量。

单球面超薄透镜厚度小、球面半径较大, 使用传统的球面加工方式速度慢、加工难度大; 而使用平面加工方式, 拆胶后零件变形较大, 无法稳定满足球面半径以及中心偏的要求。为了降低成本、稳定量产这类产品, 采用了双面抛光和平面加工相结合的方式, 找到了一种简便快捷的加工方法; 同时结合使用平面干涉仪, 提供了一种中心偏检测方法, 有效地解决了产品加工难和检测难的问题。为这类产品的大规模生产和检测提供了支持。