针对高光谱图像目标识别与分类的应用背景，提出了一种基于快速独立成分分析的高光谱图像目标分割算法.通过引入虚拟维数对图像中的目标端元数量进行估计，利用基于非监督正交子空间投影的异常端元提取算法自动获取目标端元光谱，并将其作为快速独立成分分析的初始混合矩阵.采用最小噪声分量变换对原始数据进行降维，利用快速独立成分分析从降维后的主成分中依次提取出图像中的独立分量.最后，对各独立分量进行恒虚警率检测与形态学滤波，从而得到最终的目标分割结果.对AVIRIS型高光谱图像的实验结果表明，该方法可有效探测出图像中的目标，并可获得较好的分割结果.

提出了浓度场测量的差分吸收光谱层析技术，设计出一种由光源及控制系统、光学扫描测量系统和数据采集及处理系统三部分组成的典型差分吸收光谱层析诊断系统.采用改进的联合代数重建算法进行层析图像重建，数值模拟结果表明：在0°~180°视场范围内，在4个不同的投影方向获取投影数据的条件下，能有效地重建出待测场分布，其最大误差不大于5％，平均误差不大于1％.

对液晶波前校正器的色散问题进行了研究,测定了250D离焦、250D像散两种像差镜和650 nm、670 nm、710 nm、840~860 nm、835~865 nm、830~870 nm五种滤光片下的色散.结果表明：可见到近红外波段内20~30 nm带宽的光是液晶自适应光学系统的理想光源,可实现系统较大的能量利用率和较小的色散.对于中心波长850 nm的近红外光,当光源的带宽低于30 nm时,LCOS的色散对系统像差影响较小,可以忽略,系统的光能利用率又较大；一旦光源带宽高于40 nm,LCOS的色散会对系统的像差产生明显的影响,使成像分辨率大大降低.

基于分形理论，采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据.

提出一种基于偏振光谱二向反射分布函数图像的物质自动分类方法，该方法主要选择偏振光谱二向反射分布函数信息作为新的特征用于物质自动分类.采用支撑向量机的分类方法对不同的天气条件(晴天、多云、阴天)下处于杂乱的自然草地背景环境中的典型目标进行分类，最后比较三种不同特征选择对于分类准确度的影响.采取三种不同的特征选取方法，分别为采用单一的光谱特征、偏振光谱特征及偏振光谱二向反射分布函数特征.最后通过实验得出：将偏振光谱二向反射分布函数作为分类特征在三种不同的天气情况下，分类准确度都较高，特别是在阴天天气条件下，分类准确度明显高于其它两种特征选择.即使是在阴天低照度下的场景中，当不同目标和背景之间的灰度很接近时，采用本文方法也能准确的进行自动分类.

为了解决海量极光图像手工分类效率低下的问题，提出一种静态极光图像自动分类系统，使用形态学成分分析将极光纹理从复杂背景中分离出来，从纹理中提取特征并利用支持向量机进行分类.实验结果表明:该算法分类正确率较之于传统方法均提高约10%，当分类器支持向量机+线性核函数时,分类速度最快，最适合于海量数据的处理.

提出一种基于双树复数小波变换的微钙化分类方法.通过提取基于小波和灰度直方图的纹理特征,结合遗传算法进行特征优化,分别用神经网络,支持向量机和KNN分类器进行微钙化的良恶性分类.对三种不同的分类器进行对比,结果表明:KNN分类器取得最好的效果,而支持向量机优于神经网络.KNN分类器对比于神经网络和支持向量机,无需训练,可节约训练时间,最直接地利用了样本和样本之间的关系,减少了类别特征选择不当对分类结果造成的不利影响,可以最大程度地减少分类过程中的误差项.在类别决策时,KNN分类器只与极少量的相邻样本有关,可以较好地避免样本数量的不平衡问题.与传统的小波比较,双树复数小波具有近似平移不变性和正则性,对图像信号具有良好的方向选择性,且冗余度有限,计算量较小.

由于传统的子空间方法易于丢失图像目标的二维特性，为此本文提出了一种新颖的自适应目标跟踪算法，通过张量的方式建立目标的外观模型——张量子空间，利用在线学习的方法更新其外观模型，同时，利用目标仿射运动的先验信息，通过粒子滤波自适应地跟踪运动目标，并将获得的最优目标观测作为新数据反馈回子空间更新.此外，为了保证子空间更新能获得精确且紧致的目标子空间表达，引入动态部分函数滤除样本野点.实验结果表明，本文提出的自适应目标跟踪方法具有较强的鲁棒性，对于存在姿态变化、短时遮挡和光照变化等情况下均可有效地跟踪目标.

三值光学计算机系统结合光强与光的偏振方向表示三值信息，其核心器件——三值逻辑光学处理器是按照降值设计理论完成的，该处理器能完成所有19683种二元三值逻辑运算.本文旨在提出一种实现加法运算的新方法——用三值逻辑光学处理器实现加法.为了解决加法的串行进位延时问题，使用改良符号数表示进行数据编码，从而实现全并行无进位加法.用三值光学计算机与改良符号数表示相结合的方法实现加法既能够充分发挥三值光学计算机位数巨大的优势以及三值逻辑光学处理器能完成所有二元三值逻辑运算的特性，同时又发挥了改良符号数加法的无进位特点.经实验证明该方法具有可行性和正确性，是实现光学加法器的一种新思路.

提出一种与视频编码器共用运动搜索模块的实时场景切换检测算法.通过分析原始图像与其运动补偿图像的一阶与二阶差值信号统计特性，分别构造对应于不同场景切换类型的两种测度函数，并联合使用该测度函数检测突变场景切换，同时自适应调节每个测度函数输出值的判决门限.分析和实验结果表明，该算法在视频编码位移估值基础上只增加少量的计算，而对视频序列中的突变场景切换检测的查全率和查准率均优于已有的几种实时检测算法.

研究了用于相干激光测风雷达信号接收的平衡式探测接收技术.推导出了平衡式相干探测过程的数学模型和信噪比表达式，并通过仿真软件对该模型进行了模拟仿真.在同等输入条件下，当平衡式相干探测系统的最佳分束比范围在［0.293，0.707］时，其信噪比比普通相干探测的信噪比高.此外，平衡式探测接收还具有判断风向的功能，最后通过实验验证了仿真结果.

理论研究了啁啾堆积脉冲宽带激光时间与频谱特性与子脉冲参量的关系.结果表明，变换极限子脉冲堆积所得的脉冲平滑，频率啁啾型与时间啁啾型子脉冲堆积所得脉冲出现时间调制，平滑性变差，从频谱上看，前者出现单一谱线，而后者可看到多条谱线；随着子脉冲间延迟的增加，堆积脉冲由脉冲间干涉引起的时间调制增多，但幅度减弱，而频谱的谱线数量增加.所得结果可为适当地选择堆积脉冲参量以获得所需的时间与频谱形状的宽带激光提供参考.

利用LD端面抽运声光调Q Nd∶YVO4激光器作为抽运源，采用线性腔实现了KTP腔内倍频高效绿光激光的输出.在调Q脉冲重复频率为40 kHz、1 064 nm输入光的功率为1 608 mW的条件下，获得了999 mW单横模(TEM00模)的绿光输出，相应的光-光转换效率为62.1%.绿光激光器输出光谱的半峰宽小于0.11 nm，其输出功率的不稳定度为±1.2%.

分别采用MOTORULA公司的硅基光电二极管探测器和JUDSON公司的InGaAs光电二极管探测器对泵浦光和信号光的脉宽进行了测量.研究了极化周期、工作温度以及抽运功率与周期极化掺镁铌酸锂光学参量振荡器输出的信号光脉冲宽度的作用关系.实验采用LD端面抽运的声光调Q Nd∶YVO4激光器作为抽运源，在晶体温度为30 ℃、极化周期为29.5 μm条件下，当抽运功率为1 008 mW时，获得了平均功率为238 mW的信号光输出，其光-光转换效率为23.6%，最窄脉冲宽度约为9.3 ns，相对抽运光脉宽被明显压窄.

针对传统聚光系统中菲涅耳透镜成本较高并且光强分布不均匀的弊端，提出了利用紫外纳米压印技术制作菲涅耳透镜的方法.利用几何光学的光线追迹理论，设计了菲涅耳透镜模具.采用自行研制的紫外纳米压印系统对模具进行压印，紫外曝光后制得薄膜菲涅耳透镜.在太阳光下进行了测试，测试结果表明，低成本、高聚光倍数和光强分布均匀的菲涅耳透镜是可以实现的.

通过引入散射理论建立了发光二极管模型，并考虑低计量率电离辐照损伤影响，建立了器件材料散射因子与辐照损伤的关系模型.在输入电流宽范围变化的条件下，测量了器件在不同辐照条件下的电学特性，实验结果与理论模型符合良好.通过对测量结果和以上模型的分析，深入研究低剂量电离辐照损伤和发光二极管性能衰减的关系.证实由于复合中心上的电子浓度增加，导致界面态浓度和散射几率的略微增大，从而造成其I-V和L-V特性的略微衰减.同时由于重离子辐照可直接产生位移效应，使界面态浓度明显上升，因此其对发光二极管的影响较电离辐照大很多.

结合光场成像数字对焦空间域算法和频率域算法的区别，分别提出了适用的图像清晰度评价方式，并进行了仿真实验分析.空间域评价方法根据评价区域缩小图像重构数据量，频率域评价方法则将评价函数嵌入到图像重构过程中，改进后的方法相对传统方法提高了速度.

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用，分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1 550 nm 自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.

从原理上分析了掩膜的光场成像特点，通过建立光场成像的计算机仿真模型，模拟四维光场的获取，并通过数字对焦算法获得离焦物体的清晰图像.同时利用采样定理分析了孔径采样密度对数字对焦图像的影响，计算出合适的采样间隔对仿真模型的复杂度进行优化.

采用激光干涉检测的方法，综合应用计算机控制、数字图像处理等技术对高精密仪器主动镜的偏转角进行了检测.设计了主动镜的光干涉CCD数字图像检测系统，推导出了干涉条纹与主动镜偏转角之间的对应数学关系式，对条纹图像进行了噪音分析和相应的预处理，在干涉条纹细化的基础上对每条干涉条纹采用最小二乘法进行直线拟合，得到条纹间的间距以及条纹的方向角，最终检测出主动镜X轴方向的偏转分辨率为0″.113，最大偏转角为56″.872，Y轴方向的偏转分辨率为0″.112，最大偏转角为49″.835，完成了主动镜偏转角的检测.

根据光纤陀螺输出信号的特点和应用环境的要求，在Mallat小波变换的基础上，研究了一种多算法融合的实时滤波算法.该算法在光纤陀螺刚启动，数据量偏少时，通过IIR滤波器进行滤波；采样数据量足够多时，通过施加滑动数据窗来实现小波实时去噪，采用周期对称延拓的方法去除小波去噪的边界问题，可有效去除光纤陀螺输出信号中高频部分的噪音，提高滤波效果，抑制陀螺的随机漂移.通过实验验证了该方法对陀螺输出信号进行滤波的可行性和有效性.

针对二氧化钒纳米点阵从半导体到金属的可逆相变，考虑到点阵中各个点之间散射光的交互作用，基于VO2在不同温度和波长下的折射率和消光系数，以及小颗粒的吸收和散射特性，建立了VO2纳米颗粒的数学模型，研究了VO2纳米颗粒的相变光学特性.结果表明，随着波长变化，吸收截面相对散射截面占主导，金属相在980 nm附近出现吸收峰值；随着温度变化，可见光区域的消光系数变化较小，而红外区域较大，其中在近红外区域的消光系数变化最大.在纳米点阵中，消光截面随着颗粒间距变化，当颗粒间距增大时，消光峰值出现红移，且峰值大小也会随之增大；当间距超过一定数值后，峰值反而会逐渐减小.采用多孔氧化铝掩模的方法，通过磁控反应溅射制备VO2纳米点阵，测试结果表明其透过率比薄膜的透过率高.

使用自行研制的泰曼型红外干涉仪测量红外材料的折射率.在干涉仪的测试臂中加一个旋转台，将被测件放在旋转台上旋转，在旋转过程中经过被测件的光程发生改变，导致干涉条纹发生移动，通过测量条纹的移动数和被测件的旋转角度来计算出被测件的折射率.测量结果显示，25 °C时在10.6 μm波段处锗单晶的折射率为4.003，硫系玻璃锗砷硒(GeAsSe)的折射率为2.494.折射率测量的误差在10－3量级，增加被测件的厚度会进一步提高折射率的测量准确度，待测红外材料的折射率越低，测量准确度越高.

针对红外弱小目标检测，提出一种基于自适应双边滤波的背景预测算法.该算法利用空域低通滤波和图像灰度信息的非线性组合，自适应的对背景进行预测，达到提高弱小目标检测性能的目的.仿真和实验表明：与小波滤波的检测算法相比，该算法能够更加有效地从结构化背景中检测目标抑制背景.

为了保证高效过滤器良好的工作性能，对广泛应用于高效过滤器效率及现场检漏的邻苯二甲酸二辛酯法进行了分析，并针对邻苯二甲酸二辛酯气溶胶浓度的光学检测理论进行了归纳总结.在Mie氏散射理论基础上，获得了在发特定气溶胶情况下，散射光强与被测粒子浓度的数学模型.在此理论模型下，设计制作了检测光学模组，并对其进行了测试.实验表明，理论模型合理，散射光强度与其质量浓度具有良好的线性关系.

针对投影条纹相移法三维形貌测量中的图像饱和误差进行了深入研究，分析了基于条纹相移技术的图像饱和误差抑制算法的适用范围，推导了基于六步相移的饱和误差抑制算法公式.理论分析表明，相移条纹图的帧数越多，饱和误差抑制算法的适用范围越广.并通过数值模拟和实验进行了验证，基于六步相移的饱和误差抑制算法可以更加有效地抑制图像饱和引起的相位误差.

提出了将二维摆镜和象限探测器相结合的动基座激光束定向偏差测量新方法.以摆镜作为快速调整激光发射主光轴方向的元件，利用象限探测器测量从目标返回激光主光轴的动态变化量，并从中分离光轴稳定平台运动对摆镜的耦合作用，得到激光主光轴相对目标视线的偏角，进而操控激光发射主光轴稳定瞄准目标.该方法具有较好的实时性，适用于运动目标的跟踪及时间为秒级的机载激光制导**.

设计出一种非接触式高速运动物体速度测量系统，在CCD单帧曝光时间内利用闪光灯对飞行中的物体进行两次闪光照明，CCD对两个不同位置的飞行物体成像,设定两个光脉冲之间的时间间隔以及测量出两个物体像之间的距离即可算出其飞行速度.该系统能够进行实时测量，突破了空间单点测量技术的局限，可在同一幅图像上记录下不同时刻多个空间点目标的图像信息，以及同一时刻不同空间点目标的图像信息，从而可以获得目标运动的瞬时速度.

为了获得反射带宽大、信道间隔均匀的高性能梳状滤波器，提出一种基于级联相移线性啁啾光纤光栅的新型梳状滤波器的结构设计.利用传输矩阵法和法布里-珀罗谐振腔理论，数值分析了该梳状滤波器中啁啾光栅的级联方式、啁啾量、折射率调制量和级联处的相移量对光栅反射谱特性的影响.结果表明：对应不同的级联方式，反射峰存在疏密变化，即两个级联光栅的啁啾量同号时，反射峰分布均匀对称，可设计均匀滤波器；而两个啁啾量异号时，反射峰呈现出疏密渐变的特性，可设计非均匀滤波器.此外，光栅啁啾量增加，反射谱带宽增大，但是反射率降低，而增大折射率调制量，可以提高反射率；级联处的相移量改变时，每个反射峰位置发生移动，从而可以通过改变相移量选择滤波窗口.

为了抑制光码分多址中的多址干扰及多噪音，提出了一种引入光硬限幅器及基于最大值判决的并行干扰抑制器的光码分多址系统.在系统中存在APD噪音及热噪音的情况下，研究了系统对多址干扰的抑制作用.系统采用光正交码作为地址码，APD作为光电检测器，分析推导了系统的误码率表达式.根据所得的误码率表达式，进行了数值仿真，比较了该方法与其他方法的多址干扰抑制效果.研究结果表明:与现有其他有效方法(单比特引入一个光硬限幅器、单比特引入两个光硬限幅器、多比特传输、多比特引入光硬限幅器、基于最大值判决的并行干扰抑制器等)相比，本系统对多址干扰的抑制作用优于并行干扰抑制器、多比特传输、多比特引入光硬限幅器方法；当接收功率较低时，该系统优于引入双光硬限幅器的方法，因此可以有效的抑制多址干扰及多噪音.

研究了磁光耦合强度对磁光光纤布喇格光栅中模式转换光反射光谱特性的影响.根据磁光耦合模理论并结合光纤布喇格光栅的传播特性，数值分析了磁光光纤布喇格光栅的磁控特性，得到了3 dB带宽可调的滤波器.采用级联磁光光纤布喇格光栅构造磁控梳状滤波器，实现了40 Gbps归零数据信号的全光时钟提取仿真，分析了时钟信号的抖动性能与磁光耦合参量的关系.

提出了一种用于衍射光学元件优化设计的混合遗传迭代爬山算法,该算法将迭代量化傅里叶变换算法融入到遗传算法中,然后在整体遗传算法结束后,对找到的当前最优解再用爬山法进行局部寻优,从而得到最优的衍射光学元件表面相位分布.用该混合方法设计了衍射光学元件,可以将入射的高斯光束整形成方形的均匀光斑.模拟结果表明:该混合算法具有收敛速度快、设计准确度高等优点.相比于其它设计方法,本文提出的方法能较好地改善整形效果,特别适用于光束整形的衍射元件设计.

在介绍双臂式电场仪探测原理的基础上，给出了子午工程探空火箭搭载的双臂式电场仪的具体设计.为了降低探针的不对称和不一致性，采用了铝制球形探针设计，使用石墨涂层以减少表面不均匀性，并采用独特的外形设计来消除支撑臂阴影影响；在信号处理部分，为了能提高系统动态范围，采用了分频段处理的方法.最后，结合整体系统设计的需要提出了几点误差考虑，并给出了系统性能测试结果.所设计的电场仪带宽0～5 MHz，直流探测范围为0.1 mV/m～±1 V/m，交流探测范围为10 μV/m～50 mV/m，可以实现对电场强度为0～±1 V/m的空间电场进行二维测量.

根据亚波长光栅的导模共振异常特性，提出三角形槽亚波长光栅实现惯性约束聚变驱动器谐波分离的技术方案.定义了用于描述谐波分离性能优劣的谐波分离品质函数，对影响三角形槽亚波长光栅的谐波分离品质函数的光栅参量进行了详细的分析，基于矢量衍射理论设计了能够实现谐波分离的三角形槽亚波长光栅，确定了用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅的设计思路和方法.

基于Ritchey-Chretion系统，设计了具有三块球面校正镜组件的折反式光学系统，所设计的光学系统焦距为1 000 mm，F数为5，谱段范围为450~900 nm，视场角2.3°，设计结果表明：该系统在空间频率为77 lp/mm时，面中心遮拦为15%时，各视场MTF优于0.47，成像质量达到衍射极限，光学系统畸变量小于0.5%，同时该系统具有结构简单、体积小、重量轻等优点，适合在轻小型空间相机上使用.

用无狭缝红外光谱仪获得了山东地区云对地闪电回击过程的近红外光谱，并与可见光波长范围的闪电回击光谱进行了对比分析.根据近红外光谱的结构特征，讨论了闪电通道等离子体的光谱辐射顺序以及不同波段连续光谱的主要辐射机制，研究得出：可见光谱主要是闪电回击初期和发展阶段的辐射；近红外光谱主要是闪电发展后期的辐射；可见波段的连续光谱主要来自韧致辐射的贡献，而红外部分的连续光谱主要来自复合辐射的贡献.由分析结果推断：闪电通道等离子体的复合过程是闪电产生O3、NOX的主要途径，复合过程中的氧吸附作用和去吸附过程是近红外光谱中氧原子谱线增多的重要原因，也是OI 777.4 nm相对强度比较大的主要原因.