为了实现大变倍比连续变焦距红外光学系统的光学被动无热化设计, 研究了连续变焦距系统的无热化设计基本理论及方法。提出了在大相对孔径大变倍比连续变焦距红外系统中采用光学被动式消热差的方法。推导出了连续变焦距系统光学被动消热差的计算方法。基于这种计算方法, 设计了一个焦距30～150mm, 长波红外工作波段在8～12μm, 相对孔径1∶1.1的大变倍比、大相对孔径连续变焦距系统, 并进行光学被动消热差设计, 使系统在-30℃～60℃温度范围内MTF大于0.3满足成像要求。系统设计合理, 成像质量满足要求, 通过系统设计充分验证设计理论的可行性和实用性。

提出了一种基于飞秒激光加工技术制作的微纳光纤高温压力传感器。用飞秒激光在光纤端面加工出法珀腔, 制作出的全光纤法珀干涉型压力传感器, 从室温到1100℃范围进行了压力温度试验。在不同温度下, 压力传感器都有良好的线性输出特性, 短时间工作温度超过1100℃, 能够满足高温环境下压力测量的需求。

图像配准是机器视觉和图像处理的重要研究内容, 针对印刷缺陷检测中图像配准效率低、误差大等问题, 提出了区别于普通连续色调图像的新方法。采用数学形态学和Hough变换的方法检测图像配准的旋转角和缩放因子, 并基于相位相关原理对傅里叶变换的范围进行改进, 求取待检图像和标准图像之间的相对偏移量, 最终实现文本印刷图像的高效配准。实验结果表明, 平均配准误差控制在1个像素范围以内, 而且整个配准过程在1s内完成, 对文本图像具有较好地配准效果, 能为文本印刷品的质量检测奠定良好的基础。

实现光纤Bragg光栅拉力传感器的静态测试和性能分析, 设计了一种量程为10 kN的拉力传感器标定装置对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长和拉力机产生的拉力值进行最小二乘法拟合, 求出静态标定系数, 并分析拉力传感器标定装置的不确定度。实验结果表明, 光纤传感器的灵敏度为0.161nm/kN, 线性度为1.796%FS, 二阶拟合曲线的重复性误差为1.337%FS, 标定装置的不确定度为0.029 kN。

提出了一种基于图像融合的立体图像质量评价方法。通过对立体图像的左右视图进行图像融合生成一幅彩色图像, 融合算法采用主成分分析（PCA）, 使用归一化互相关（NCC）视差图算法, 生成了对应的视差图; 对融合图像和视差图分别进行归一化亮度系数和谱能量参数的提取, 作为支持向量回归（SVR）的输入数据, 在经过充分的训练后对立体图像的质量评分进行预测。在LIVE 3D立体图像数据库上的实验结果表明, 提出的算法优于最新的无参考立体图像质量评价方法, 与人类的主观评价具有较好的一致性。

研究了不同观察角度对镀铝纸表面色差评价的影响。采用恒常刺激法研究了观察角度对镀铝纸表面颜色视觉感知的影响, 以确定镀铝纸上青色墨和品红色墨在标准光源观察箱下的最佳观察评价角度及恰可分辨色差。实验结果表明: 不同观察角度下, 镀铝纸表面品红色和青色的恰可分辨色差值分别为1.5和1.2, 且45°观察角度最适合品红色的颜色视觉评价, 而青色则以60°观察角度进行视觉评价最为合适。

针对图像处理中存在椒盐噪声和高斯噪声的问题, 提出了一种新的小波阈值函数与改进中值滤波融合的噪声抑制算法。依据椒盐噪声与其周围邻域像素灰度值存在的明显差异, 估计椒盐噪声, 采取3×3模板进行反复迭代滤除椒盐噪声。对高斯噪声, 利用极限思想提出了一种新的小波阈值函数, 并引入三个控制变量, 通过调节控制变量使所构成的小波系数在一定阈值范围内无限接近原小波系数。实验结果表明, 提高了峰值信噪比, 减小了均方误差, 较好的保留了图像细节。

针对刑侦领域柱体表面遗留物证无损获取的要求, 提出一种基于图像拼接的柱体表面物证图像超高分辨率采集方法。采用高分辨率单反相机获取匀速旋转的柱体图像序列, 将图像视觉显著性原理应用到序列图像, 检测出柱体; 在Shi-Tomasi算法检测出角点特征的基础上, 提出位置受限的双向角点匹配微元提取算法; 拼接得到一幅柱体360°视角的高分辨率全景图像。实验结果表明, 此方法能够获取满足拼接要求的序列图像, 拼接结果与实际图像比较, 不失真, 误差小, 满足刑侦领域物证比对的要求。

针对布匹瑕疵检测存在的有效性不高、实时性不强等问题, 提出一种视觉显著性分析和最优椭圆Gabor滤波相结合的瑕疵检测方法。离线阶段采用差分进化算法对无瑕疵样本图像进行椭圆Gabor滤波器的参数寻优, 得到最优EGF; 在线阶段采用软硬件协同设计技术进行软硬件划分, 基于Zynq SoC的PL端实现中值滤波、RGB到CIE LAB格式颜色空间转换、LAB三通道EGF处理, 通过AXI VDMA总线将图像数据传输到PS端, 并计算滤波前后图像特征向量, 提取瑕疵显著区域, 确定阈值分离瑕疵。实验表明, 该方法有效地抑制了背景凸显瑕疵区域, 且软硬件结合提速明显, 具有较高的有效性和实时性。

针对立体显微图像在同一位置双目清晰度不同的问题, 提出了一种体视显微镜聚焦一致的性判定方法。使用连通区域分割方法对不同深度标定板图像进行分割, 提取圆点中心, 选取清晰度评价区域; 使用聚焦测度对不同深度图像进行清晰度评价, 得到清晰度-深度关系曲线, 利用曲线拟合求取曲线峰值得出深度信息; 利用左右目圆点中心的三维坐标分别拟合出左右全聚焦平面, 通过测量左右全聚焦平面夹角以及评价区域中左右目圆点中心距离来分析聚焦性。结果表明, 能够有效地判定体视显微镜聚焦的一致性。

水线精确提取是基于机器视觉的水尺计重系统中的技术难题。针对自然场景下采集的图像存在着光照不均匀、场景复杂等问题, 通过帧间作差结合图像配准对图像进行预处理; 提出一种基于三角隶属函数关系的迭代分割方法; 通过线性采样和双线性插值法, 提取出完整的水线。实验证明了该水线提取算法的稳定性和准确性。

以压力表盘图像为对象, 通过一种改进的Otsu阈值分割算法, 在离差平方和约束条件基础上区分整体阈值,确定适应度函数,以选取最佳阈值, 可避免因单一法排除边缘和噪声区域而遗漏部分目标和背景像素; Hough变换通过直线提取法确定指针与圆提取法定圆取圆心相结合, 依据表盘指针经圆心原理较准确定位指针位置, 保证了表盘指针识别和数值读取精确度。实验结果表明该智能遥视系统能够实时监测SF6断路器表盘气压值, 给出的改进Otsu阈值分割算法能较准确分割目标区域, 基于角度识别指针数值方法读取误差保持在3%范围内。

FBG传感器在非均匀应力场下因光栅啁啾而产生反射谱展宽, 从而影响了低采样率下高速解调的精度和稳定性。针对这个问题, 分析了造成异形反射谱的原因, 阐述了在反射谱展宽效应下FBG的高速解调原理。通过实验, 对比了高斯拟合、B样条插值以及三次样条插值三种算法的寻峰效果; 根据误差理论, 结合实验结果, 给出了三种寻峰算法在此种情况下的均方差（MSE）以及最大峰值误差（MPE）。结果表明, 当FBG传感器反射谱展宽时, 三次样条插值算法有更好的稳定性。

用变分法研究了强非局域非线性小损耗介质中椭圆厄米高斯光束的传输特性。得到光束各参量在传输过程中的演化方程和束宽的演化规律, 当输入功率等于临界功率时, 在传输距离不是很远时, 可得到椭圆厄米高斯损耗光孤子。随着传输距离的增大, 光束束宽缓慢展宽.当初始输入功率大于或小于临界功率时, 光束束宽将会按照准正弦和准余弦函数规律作准周期性展宽。

为了提高空间域彩色图像零水印算法的水印嵌入、检测的精度, 以及抵抗旋转几何变换的能力, 提出一种基于对数极坐标和四元数实矩表示的抗旋转攻击空间域零水印算法。将原始彩色图像使用四元数实矩阵来表征, 计算实数字矩阵的Hu不变矩; 利用7个Hu不变矩来设计和构建零水印信息; 在水印检测前, 通过对数极坐标校正算法,对可能遭受旋转攻击的待检测图像进行旋转角度的遍历, 而后进行水印的提取。实验获得了良好的图象视觉效果, 对于旋转几何攻击具有很强的鲁棒性, 同时对于滤波, JPEG压缩, 剪切攻击也具有一定的鲁棒性。

激光自混和干涉（SMI）技术是一种利用光反馈原理进行的振动检测技术, 它具有结构简单, 非接触式测量振动信号的特点。为了解决齿轮箱故障诊断的问题, 提出了用激光自混合干涉技术提取信号,并通过小波变换对信号分析进行处理的方法。通过分析小波变换的各个分量以及最终经过小波变换去噪后的信号, 能够准确地识别出齿轮箱在运转时所存在的周期性振动故障信号, 实验得到的结果与理论值结果完全吻合。

基于积分衍射理论和相干偏振理论, 研究了部分相干余弦高斯光束在左手材料中的光强的分布。研究结果表明: 中心光强随工作频率增大,先增大后逐渐趋于稳定, 但是随相干参量增大而减小; 横向光强随相干参量增大而减小, 随偏心参量增大光强的最大峰值不变, 但是光强的峰值数目在不断增加。

采用碳纤维复合材料（CFRP）制造反射镜是空间光学系统轻量化的发展趋势。详细地阐述了国外科研机构在碳纤维复合材料反射镜方面开展的全面基础研究, 特别是美国复合材料反射镜研究应用公司（CMA）、伦敦大学学院UCL在这方面的研究情况。阐明了以PLANCK、RICH、NPOI和ULTRA等项目的高精度反射镜为典型代表的工程应用情况, 介绍了碳纤维复合材料反射镜的最新研究情况, 包括碳纳米管/环氧树脂制造反射镜和镜面非接触方法加工。