自由曲面镜片的发展和普及,对现有的屈光度测量方法提出了挑战,也要求新的测量方法具有更高的精度以及更好的可靠性。因此,介绍了传统哈特曼检测法测量眼镜片屈光度的测量原理并提出了一种改进方法,对球面单焦点镜片和散光镜片进行仿真测量的屈光度误差均在1%以内。对改进方法与传统方法测量所得到的渐进多焦点自由曲面镜片屈光度分布图的分析结果表明,改进哈特曼检测法相比于传统哈特曼检测法具有测量范围大,精度高的特点,能够准确反映眼镜片的屈光度分布特征。

使用TDLAS技术进行动态压力测量已经成为压力测量领域的研究热点。波长调制法实验装置较为复杂,需要对多个参数进行设置,选择出最优的预设参数能够取得更好的实验效果,获得更高的测量精度。目前波长调制法的实验参数设置基本凭借个人经验,使用Matlab程序仿真结合波长调制法的TDLAS测量技术,能够对实验中需要进行预设的重要参数进行了分析。通过计算4990cm-1波段和6330cm-1波段附近的多条吸收峰,发现4990.09cm-1波段处的吸收峰更适合作为波长调制法的测量波段。以4990.09cm-1处的吸收峰为研究对象,进行了波长调制法压力测量仿真建模,计算了调制度、调谐频率和调制频率对二次谐波幅值和对称性的影响并深入地分析了影响因素,总结了其变化规律。在综合考虑抗噪性能和测量精度的情况下,选择了调制度为2.5,调谐频率30Hz,调制频率5kHz为最佳实验参数。基于Matlab的仿真模型能够快速计算大量参数点,更加直观地分析出对参数的影响趋势,为实验仪器和预设参数的选择提供依据。

寻找基于眼动仪记录的眼动数据评价配镜镜片舒适度的方法。受试者佩戴眼动仪进行实验,记录眼动参数变化,并进行舒适度主观评价。比较不同眼动参数与舒适度评价结果的相关性,并用二次多项式函数、指数函数、傅里叶逼近等拟合镜片舒适度评价,根据拟合效果选择合适的配镜舒适度评价模型。实验结果表明二次多项式拟合得到的模型效果最佳,可以较好的判定配镜的舒适程度,平均精确度可达到90.95%,实现配镜舒适度的快速、准确评价,为医生或配镜师评价患者试戴舒适度提供一种新的参考方法。

利用混沌激光实现一定浓度脂肪乳液中异质物大小和位置的光学检测,实验采用混沌激光作为光源,并将光信号分为两路,一路信号用于探测脂肪乳液中的异质物信息,另外一路直接经过光电探测器作为参考信号,将两路光信号由光电探测器接收,通过信号处理系统进行互相关,分析混沌激光的互相关峰值信息,可得到异质物的大小和位置信息; 通过混沌激光实现异质物信息分析的理论模型,建立混沌相关信号峰值信息与异质物大小和位置之间的关系,并且通过实验验证。结果表明：采用混沌互相关法可以对异质物大小和位置坐标进行探测。

数字散斑技术作为一种新兴的测量方法,它具有非接触、全场量测、精度高、操作简单等特点,随着计算机技术的迅猛发展,数字散斑技术得到了广泛的应用与研究。针对混凝土在外荷载作用下具有明显的非均匀变化的特征,借助传统的测量方法很难得到混凝土表面的全场变形结果的问题,结合数字散斑相关方法测量技术,开展了混凝土单轴压缩试验,拍摄了混凝土表面在单轴压缩过程中的位移与应变矢量场,为分析混凝土试件的损伤区域奠定了基础; 与电测法测量结果进行了对比,其测量结果表明,这两种测量方法误差相对较小,且数字散斑技术能更早的发现混凝土表面的破坏,验证了数字散斑相关方法的准确性和可靠性。借助数字散斑技术可以更加方便准确的得到材料表面的变形场,这也将在一定程度上促进土木工程领域的发展,具有广阔的应用前景。

运动目标检测跟踪有关的算法及其基于PC平台的实现已经比较成熟,但实时性较差。将采集的彩色视频流分成灰度和彩色两个数据流,灰度视频用于目标检测,彩色视频流用于跟踪显示。以经典的帧间差分法和背景差分法为基础,根据现场可编程门阵列(FPGA)的特点及片外同步动态存储器的存取控制要求,对这两个算法用FPGA逻辑单元进行了设计和实现。对原始彩色视频流和转换后的灰度视频流的存取使用乒乓操作,在滤波和形态学处理时使用了并行的流水线操作,极大地提高了算法的实时处理能力。在FPGA开发板上构建了一个彩色视频图像中运动目标检测跟踪系统,对系统性能进行了测试。实验结果表明,系统可在多种分辨率和帧率下进行运动目标进行实时检测跟踪; 固定背景差分法对目标运动速度无限制,但当使用帧差法对快速运动目标进行有效的检测时,应使目标的帧差间距大于3.2像素。

超精密单点金刚石车削过程中需要对刀具参数进行检测。基于机器视觉原理,采用新型的机械结构设计了新型刀具在线检测系统。通过垂直放置的两组由同轴远心镜头和CMOS相机组成的光学系统来获取车刀刀尖正面及侧面的图像,再经图像处理系统来获取刀具的轮廓及位置信息,完成对刀具轮廓及位置的在线检测,实验验证可实现测量的重复性定位精度达1μm。在线检测的方式借助了超精密车床自身的高精度和运动机构,可以保证相机焦点和机床主轴之间的相对位置关系,弥补了目前刀具检测系统稳定性差和重复性精度低的不足,提高了加工的整体效率。

针对聚焦形貌测量提出了一种组合式的像素点清晰度评价算法。对于有序点云缺失点的插补,使用基于三次B样条的方法,来进行插补,通过实验证明该方法能够有效的补齐缺失点,以得到完整的点云数据。根据聚焦形貌恢复技术原理,搭建了一套完整的硬件,通过精度验证实验,测量设备在10X倍率下的测量精度在742.9nm。并对铝合金电弧增材制造件进行了表面形貌测量,可清晰观察其表面形貌,检测其缺陷。实验结果表明提出的方法兼具恢复的高精度性及有效性,应用此方法可以完成微观形貌的表面三维参数的测量分析。

提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。

为了提高零件二维尺寸测量精度和效率,提出一种基于图像处理的非接触式检测方法。对零件图像进行灰度化、采用自适应中值滤波算法来减小图像数据量以及除去噪声; 通过最大类间方差法自动确定阈值获得二值图像; 采用形态学梯度算子提取图像边缘,并用最小二乘法拟合像素尺寸; 通过标准件法对系统进行标定获得零件尺寸。以6204-Z型深沟球轴承作为实验对象,获得轴承内、外径的尺寸。与游标卡尺测量结果比较,所提出的图像处理方法获得的内、外径平均误差达到9.6μm和0.7μm。通过实验对比与分析,方法快速有效,具有较高的准确性和良好的鲁棒性。

基于单色像差理论,确定同轴三反光学系统的初始结构参数,通过二次曲面系数为0的偶次非球面的高次项之间的平衡,校正离轴系统引起的非对称性像差,同时结合DMD(数字微镜器件)目标生成器,设计出一款采用离轴三反光学系统的平行光管,为坦克承载的被测光电设备提供室内模拟目标。本光学系统的设计指标是工作波段为0.2~1.2μm,有效焦距为3000mm,全视场为2°,F数为8。结果表明,系统各视场的波像差均优于λ/34(主波长λ=0.6328μm),传递函数MTF均优于0.71@36.5lp/mm,接近衍射极限,成像质量好。对系统进行公差分析之后,系统的传递函数值远优于0.6@36.5lp/mm,合理的公差分配使系统加工难度降低,装调检测更加方便容易。

从背光模组的基本结构出发,通过理论分析确定了影响导光板散射网点排布的公式, 证明了散射网点的排布规律对背光模组出光均匀度有影响。对一款背光模组商品建立了简化模型,通过光学软件TracePro模拟分析以及实验验证,证明了背光模组商品的出光均匀度还有提升的可能性。在此基础上,又重点分析了散射网点行间距的变化值,散射网点直径和散射网点初始行间距对导光板出光均匀度的影响。经过反复仿真模拟, 取得了一组参数值,可以使优化后的导光板出光均匀度比背光模组商品的出光均匀度好。研究的结论可作为导光板散射网点设计的参考,对背光模组的设计具有指导意义。

为了研究微球透镜对亚波长物体的成像特性,利用直径为3.4μm的二氧化硅微球透镜对刻录蓝光光碟的亚波长表面结构进行了显微成像实验,观察了不同排列方式和液体浸没深度下微球透镜的成像特性。实验结果表明：微球透镜在不同浸没深度下对亚波长表面结构具有放大作用,放大率为1.2~1.8倍,并且通过微球透镜的密排列,可以获得更大的视场; 浸没液体深度增大时,图像的放大率减小,视场增大。基于时域有限差分的电场仿真表明,微球透镜可以将光场汇聚成半高全宽为260nm,纵向可持续几个微米的高强度光区域,引起强的背景散射,从而获得普通光学显微镜不能分辨的亚波长表面结构图像。

为解决微创手术软体机器人的形状实时监测问题,将刻有三个光纤布拉格光栅的单根光纤植入软体操作器中,利用其研究柔性硅胶软体操作器光纤传感和三维形状重构方法。进行了软体操作器的结构设计及模型建立,并对光纤光栅波长漂移量和软体操作器弯曲曲率之间的关系进行了理论分析; 通过实验验证了软体操作器结构设计及其模型建立的有效性,测试了软体操作器不同弯曲状态下三个FBG传感器的反射谱特征及其变化规律; 通过分析三个FBG传感器的中心波长漂移量,利用线性插值算法计算出软体操作器在不同弯曲状态下的曲率等参数,并结合曲线拟合方法实现软体操作器的三维形状重构。实验结果表明：植入式光纤光栅传感方法可以实现硅胶软体手术操作器的三维形状传感,在微创外科手术领域具有广阔的应用前景。

根据ITO/Au纳米核壳二聚体粒子在生物医学领域的应用合理性,设计了一种实时检测生物液体的核壳二聚体探针消光式传感器; 由偶极子理论推导出输出波长与外界环境折射率关系; 利用MATLAB设计ITO/Au纳米核壳二聚体粒子结构; 采用软件DDSCAT7.3结合离散偶极近似法,利用二聚体有效半径模拟计算了300~950nm可见光到红外光波段不同核壳比、二聚体间距、以及不同介质折射率的消光光谱; 根据传感芯片折射率与偶极共振、耦合八级共振的响应关系得出ITO/Au二聚体的折射率灵敏特性。与传统Ag/Au核壳纳米粒子相比,ITO/Au纳米核壳二聚体结构引入了可作为传感芯片灵敏性自参考参数的耦合八级共振峰,同时ITO/Au二聚体结构的折射率灵敏度可达到419nm/RIU。这些工作及其结果对制作消光式传感器具有重要的意义。

针对可见光通信中基于接收信号强度的三边定位法在实际中难以应用的现状,提出一种基于可见光通信的室内两点定位模型,只需2个LED,能够克服定位需要多灯环境的限制,同时定位接收端结构简单,不需以往研究中的复杂设计,只在平面上配置3个光电探测器即可。利用收发两端的位置关系计算坐标的可能解,以光电探测器组合成的三角形具有相对位置不变的性质作为判据,判断出真实坐标完成单点定位,最后进行加权定位提升鲁棒性。不降噪处理时,大小适中的接收端在5m×3m×3m的室内环境中,55%以上区域的定位精度在25cm以内,同时能够有效克服接收端水平旋转或上下抖动对定位效果的影响,具备实际应用价值。

CT图像中肺叶位置的确定对于肺部疾病的准确定位以及定性定量分析具有重要意义。为了提高肺叶自动分割准确率,提出了一种结合气管,血管等传统解剖学特征以及深度学习的肺叶分割算法。对原始图像进行预处理,获取肺实质、气管、血管以及基于深度学习网络的肺裂分割结果; 整合来自多个解剖结构的信息生成分水岭分割所需成本图像; 通过基于深度学习网络的肺叶粗分割结果,获取肺叶标记区域; 执行基于标记的分水岭分割,实现肺叶的自动分割。选取了来自上海市肺科医院的20例含有肺部疾病患者的CT图像对该方法进行验证,最终的Jaccard相似性系数为92.4%。实验结果表明方法具有较高的肺叶分割精度,并且具有较强的鲁棒性。

为避免图像融合与超分辨率分步实现的不足,提出了基于卷积稀疏表示的融合与超分辨率重建联合实现方法。假设低分辨率与高分辨率图像之间具有相同的稀疏特征图,设计了一种高、低分辨率滤波器联合学习框架,实现对图像高低频成分的分离,并根据不同成分的形态特性设计了不同的融合规则：对于高频成分,根据稀疏特征图亮度信息和像素活跃性水平,设计了一种像素显著性度量方案来指导高频特征图的融合; 对于低频成分,根据脉冲耦合神经网络能捕获邻域相似像素点火的特性,设计了低频成分融合方法。所提方法不需要将图像分割成重叠的块,避免块向量化的缺陷。实验结果表明,能有效提高图像融合的质量。

提出了一种基于深度学习技术的年龄和性别识别方法,建立了人脸识别硬件与软件系统。运用经典的反向传播算法确定预测函数的权重矩阵和偏差。针对单个识别网络准确率不高的问题,采用多个神经网络级联的方式,对输入的目标特征进行多次判定。通过设计一种投票竞争算法,让级联网络的识别结果自动进行竞争,获胜者作为最终的预测结果。预测结果与实验数据对比表明采用级联网络可有效提高对年龄性别的识别准确率,级联后的识别准确率分别达到了88%和82.61%。

高等学校实验教学承担着培养学生实践能力、创新能力和综合素质的重要任务。传统的实验教学模式在实验内容设置和安排上缺乏对学生自主研究、深度参与及提高综合能力的考虑,因而不利于学生个性和创新精神的养成。以《光电仪器电子学实验》课程为例提出了线上线下双反馈一体化的混合式实验教学模式。通过线上线下双反馈一体化的实验教学模式,可以形成一个发现问题、及时反馈、调整实验教学方案、跟踪评价并持续改进的闭环教育过程,有效提高学生学习的自主性、积极性,提高学习效果。