针对传统电脑验光仪调焦速度慢,聚焦误差大的缺陷,对现有验光仪六角棱镜的成像系统进行优化。通过光学仿真软件分析和对比,发现六角棱镜调制的验光仪在散光度和散光轴位的测量误差(柱镜示值平均误差为0.8 m-1,轴位示值平均误差为3.73°)均明显大于普通圆环调制的验光仪(0.2 m-1,1.75°)。因此,采用圆环代替六角棱镜调制可以增加检测的精度。另外,对六棱镜分光法设计的验光仪的设计和检验,需要特别注意其柱镜度和柱镜轴位的检测评价,避免造成验光误差。

为了实现硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SIPM)对超出光子计数极限的微弱脉冲光信号的测量,建立了基于SIPM积分工作模式的脉冲光检测系统。测试了SIPM在同一光信号照射下,偏置电压与增益以及信噪比之间的关系,并测试了同一增益条件下,SIPM对不同光信号的响应特性。结果表明:SIPM在积分工作模式下,其增益可以达到104以上,并随着偏置电压的增加而指数增长;其信噪比也随着电压的增加而增加,在光强比较微弱的情况下,SIPM对光强是线性响应的。所设计的系统可以在一定程度上替代光电倍增管进行微弱脉冲光信号的测量。

在椭圆边缘粗定位的基础上,根据椭圆粗定位信息及图像边缘梯度方向附近点的灰度分布特征,进行高斯拟合获取精确的亚像素边缘点,对亚像素边缘点进行最小二乘拟合,得到精确的椭圆中心位置。实验证明,该算法对椭圆中心定位精度和稳定性有较大提高,并有很好的实时性。

光学仪器的装调误差会引起视差的存在,使得观察者眼瞳在仪器出瞳不同位置瞄准时会得到不同的结果,给测量精度带来比较大的影响。通过对仪器出瞳和眼瞳之间关系的计算分析可以发现,瞄准误差不仅与仪器视差量有关,而且与眼瞳放置位置、瞳孔直径大小和光学仪器的视角放大率有关。通过实际测量对比验证了视差对测量精度的影响分析。结果表明,随着眼睛偏离出瞳中心越远,瞄准误差也就越大。

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4 THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。

介绍一种特定的抓取式机械手的机械结构,利用HALCON图像处理软件中单目视觉ETH(Eye-to-Hand)系统手眼标定函数对机械手与摄像机系统进行手眼标定实验。利用获得的标定数据进行HALCON的图像处理,并将图像处理程序整合进VS2010平台与其它软件联合完成机械手视觉抓取系统的二次开发。最后用机械手视觉抓取实验来验证研究结果。

太赫兹波可以与极性液体中的氢键网络产生强的相互作用,作用越强吸收越强。鉴于此性质,利用太赫兹时域光谱技术对甲醇、乙醇、正丙醇在0.1~1 THz波段内的太赫兹光谱进行了检测,发现其吸收光谱随分子极性的差异有显著的区别,并从中提取出了一元醇的吸收系数、折射率、介电常数等光学参数。在此基础上还利用对样品介电常数敏感的微孔金属片,通过产生的共振峰漂移进一步对不同一元醇进行了检测, 结果表明太赫兹光谱技术结合微结构器件在液态化学及生物样品检测方面有潜在的应用价值。

采用脉冲和直流两种驱动模式分别驱动同一批次的白光LED灯珠,对比分析了在“视觉亮度”一致时两种情况下的光色电性能,并研究了人眼视觉惰性对白光LED性能的影响。研究发现,在低脉冲占空比下,脉冲驱动LED的电流和发光效率比直流驱动的低,并且随着占空比的增加,两者的差值逐渐减小并趋于相等;当脉冲占空比高于70%时,两者驱动电流的差值增加,而脉冲驱动的发光效率却高于直流驱动的发光效率。此外,相比直流驱动,高脉冲电流驱动下的LED的发光更接近等能白光,进而增强了人眼对LED发光亮度的刺激响应,有效地提高了人眼的“视觉亮度”。

提出了一种具有低偏振像差的偏振分色合色系统的设计方法。通过优化设计得到的结果为:短波通膜透射曲线的S、P偏振分离为1.9 nm,长波通膜透射曲线的S、P偏振分离为0.8 nm;短波通膜和长波通膜合成的S、P偏振位相差在整个工作波长420～680 nm为小于29°且大于-10°,相比常规的偏振分色合色系统,偏振像差得到了显著改善。

为了分析施密特棱镜对自然光和部分偏振光的传输特性,使用Pauli旋转矩阵把施密特棱镜的Jones矩阵转换成Mueller矩阵。将一束部分偏振光经过施密特棱镜后分成两路偏振度相同的部分偏振光,再把两路部分偏振光各自分解为自然光与椭圆偏振光,发现两路椭圆偏振光的椭率角相同,方位角不同,由此可知两路部分偏振光是不相同的。理论和实验分析均表明,在部分偏振光入射时的偏振度和方位角的关系一定时,出射后两路部分偏振光中的椭圆偏振光的椭率角相等,方位角不等。

结合成像模型,从数学角度分析了噪声对重构结果的影响,结合POCS算法,仿真了常见成像模型中噪声对重构结果的影响。通过MATLAB软件仿真获取低分辨率图像序列集,并对低分辨率图像施加噪声获取带有噪声的低分辨率图像集,再借助算法获取高分辨率图像。根据实际情况的不同,分别仿真分析了不同程度的高斯噪声和乘性噪声以及椒盐噪声对最终重构结果的影响。研究结果表明:不论何种噪声,其对重构结果的影响趋势基本一致,即较小噪声对于重构结果影响较小,但随着噪声的增加,图像质量严重退化,重构结果中信噪比相对于原始图像下降更快,图像质量更差;另一方面在相同的信噪比情况下,高斯噪声对于重构结果的影响最大。

对基于数字微镜器件(DMD)多波段动态红外场景仿真系统的几项关键技术进行了阐述,首先分析了黑体的特性,给出了温度范围计算公式;其次,分析了几种红外材料的特性及封装技术,确定了以硫化锌为多波段仿真系统的DMD窗口材料及粘合剂封装方法的选择;最后,分析了系统的需求及红外投影光学系统的特点,确定了多波段光学系统的整体光路设计及投影系统的技术指标。

针对微流控芯片对紫外探测的性能要求,设计了探测器前置放大电路。通过理论分析和计算机仿真给出了光电探测器放大电路分析设计的一般方法,使得所设计的电路可同时满足稳定性和快速性的要求。经实验证实,所设计的电路可很好地满足微流控芯片对340 nm紫外探测的要求,并达到较高探测精度。

以标准证件照片为研究对象构建了眉毛与眼睛混合一体化参数模型,针对眼睛、眉毛及眉眼共设定14项主特征参数,据此创建28位二进制语义编码。图像处理分为四步:首先,根据眼睛色度信息反映出的眼睛轮廓定位眉毛与虹膜,并针对眼部带状区域实现图像分割;其次,通过改进的Hough变换算法实现对眉毛和虹膜外边缘轮廓检测;然后,用投影方法提取眼部混合特征参数;最后,按特征参量实现语义编码。经1 000张证件照实验证明,图像特征的提取成功率为99%以上,系统对每幅图像自动处理时间小于1.75 s。

为提高光纤传感器的灵敏度和检测精度,达到精确测量的目的。基于表面等离子体共振(SPR)理论及TFCalc软件,仿真研究光纤表面等离子体共振传感器的反射光谱特性,考查待测介质折射率在一定范围内变化对反射光谱特性的影响。研究结果表明,当入射角一定时,表面等离子体共振的最佳膜厚随待测介质折射率的减小而减小;当膜厚和入射角度不变时,表面等离子体共振波长随待测介质折射率的减小向短波长方向移动。共振吸收峰随待测介质折射率的减小移动的距离越小,且逐渐变窄,传感器的灵敏度逐渐提高。

为了探索X型碳纳米管的介电性质和可见光吸收性质,建立了手性矢量分别为(5,5)和(8,0)的碳纳米管交合的X型碳纳米管模型。采用基于密度泛函的平面波赝势法对其进行几何结构优化和光学性质探索,运用广义梯度近似理论超软赝势对交换相关能进行近似。计算结果表明被交合而成的碳纳米管的介电常数曲线和可见光吸收曲线的峰值大小和峰值位置均发生了变化,这是因为碳纳米管结构的变化导致碳原子间的能级发生改变,从而改变了光子跃迁能量和吸收光子的波长。

针对传统LED点阵显示屏价格高、器件数目多及不易维护等问题,提出基于视觉暂留特性、以动态扫描方式完成旋转动态显示屏的设计方法。设计以STC12C5A32S2单片机为主控制模块,DS1302时钟芯片作为时间的设置与采集模块,DS18B20作为温度的采集模块,通过上位机进行图片和文字的转换和编辑,以单排高精度发光二极管的旋转实现了动态图像显示的功能。显示屏可实现动态文字、图像、实时时钟及实时温度的显示。

分析了二向色性原子蒸气激光频率锁定(dichroic atomic vapor laser lock,DAVLL)技术稳定激光器频率的原理,并采用DFB894.6 nm半导体激光器和Cs原子气室搭建稳频实验装置。实验测量了不同磁场条件下的DAVLL光谱,发现Cs原子D1线的DAVLL光谱零值点处的斜率随磁场强度增加而增大,但谱线零点斜率不随磁场变化。根据半导体激光器锁频原理设计制作了驱动电路,测试结果表明,该稳频装置的短时频率稳定度达16 MHz。

针对LED器件光强分布的测试方法,在传统光源配光曲线的测试原理的基础上,阐述了旋转法、多探测器法测试LED光强分布的方法。由于这些方法存在测试时间长、测量准确度低以及定标繁琐的缺陷,进而介绍了一种新型测试方法及装置,即通过CCD光度探测器接收光强度,经过CCD的光电转换功能将光强度信号转换为电信号,再通过成像系统软件便可得到整个半球面空间内壁的光强图。新的测试方法具有测试速度快、精度高、信息量丰富和直观性的显著优点。