介绍了三种获得窄带多通道滤光片的方法.第一种方法是具有缺陷的多异质结结构,该结构能够展宽光子晶体的禁带同时实现多通道效应.第二种方法是多通道导模共振布儒斯特滤光片,此类滤光片可以采用单层膜结构来实现多通道效应,也可以采用具有相等折射率的双层膜结构来实现多通道效应.第三种方法是组合刻蚀法制备窄带滤光片列阵.该方法不仅可以制作单腔窄带滤光片列阵,还可以制作双腔窄带滤光片列阵.窄带多通道滤光片在光学领域中具有一定的应用前景.

介绍了一种基于原子干涉测量的量子陀螺仪,对原子干涉的Sagnac效应原理进行了简单描述,在此基础上介绍原子Mach-Zehnder干涉仪构成的量子陀螺仪的工作原理.量子陀螺仪的测量精度比传统的高精度陀螺仪的精度高几个数量级,是新一代的陀螺仪.

光学坐标测量系统是建立在数字近景摄影测量技术基础上的一种新型精密测量系统,具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点,适合工业工程的现场测量.针对工业现场精密测量的需求,对摄像机模型进行了分析,提出了摄像机残差修正问题,给出了修正方法及基于双目立体视觉原理的通用坐标测量数学模型.搭建了完整的光学坐标测量系统,测量精度优于±0.1 mm/m.

杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称,杂散光对光学系统性能的影响因系统不同而变化.因此,在现代光学设计中,杂散光分析成为光学设计工作中的一个重要环节.杂散光产生的原因比较复杂,讨论了漏光和透射面残余反射引起的杂散光,针对漏光杂散光给出了高密度取样的分析方法,对于残余反射的杂散光建立了带能量因子的光线光学模型和光线二叉树的数据结构,在保证计算精度的同时减少了计算时间.对一个卡塞格林光学系统进行了漏光杂散光分析和光学表面残余反射杂散光的近轴与实际光线分析,得到减少杂散光的措施,达到了杂散光分析的目的.

采用白光扫描干涉法,利用Michelson干涉仪中移动臂的移动补偿保偏光纤中产生的光程差,从而实现对保偏光纤绕组中偏振耦合点的耦合强度及空间位置分布的有效检测.分析了白光干涉仪的原理、结构以及干涉条纹特点,进行了保偏光纤环的扫描测量.结果表明,第一个保偏光纤环的质量优于其他各环,证明了仪器设计理论和实验结果相符.

轻型大视场头盔显示器(HMD)在虚拟现实、增强现实、**和反恐等领域具有广阔的应用前景.传统的目镜结构形式难以满足头盔显示器对系统视场、体积和重量的苛刻要求.通过采用自由曲面(FFS)棱镜实现了大视场轻型头盔显示器目视光学系统,讨论了FFS头盔显示系统的设计方法并给出了设计结果.

根据圆形计算全息图的衍射特性,将曲面圆形计算全息图与补偿镜相结合,应用于凹非球面折射式零检测光学系统中.与传统的折射式零检测光学系统相比,该系统不仅可以简化光学系统的装调过程,还可以降低计算全息图与补偿镜的制作精度,减少制作成本.阐述了利用曲面计算全息图衍射特性的折射式零检测光学系统检测凹非球面的基本原理,给出了具体的设计实例.对于口径为950 mm的抛物面.检测结果P-V值为0.024λ.

利用光在液晶中的双折射效应和泰曼一格林干涉原理,提出了一种测量电寻址液晶空间光调制器相位特性,即相移量与驱动电压(灰度)之间关系的新方法.该方法抗干扰能力强,实验精度高.通过测试Boulder Nonlinear Systems(BNS)公司的256×256像素反射式液晶空间光调制器,得到了其在一定电压范围内的相位调制特性具有良好的线性关系,而且在线性调制范围内器件稳定,有效孔径内各个点的平均调制误差约为0.032λ,与理论值相吻合,从而验证了该实验方法的有效性.

将自由曲面棱镜应用到非共轴系统中克服了该类系统因光学元件偏心和倾斜带来的大离轴像差,从而扩大了系统的视场,并解决了系统装调问题.利用光学设计软件ZEMAX设计了一个由自由曲面棱镜组成的摄影物镜,它的相对孔径Dif'=1/2.7;总长14.89 mm;系统的MTF=0.5所对应的空间频率是45 lp/mm.该系统与传统摄影物镜相比具有结构简单、系统总长度小、元件易装调、像质高等优点.

光学系统的杂散光极易在系统内形成多个鬼像,严重影响光束质量和传输特性.主要研究了复杂光学系统中折射面的多次反射和衍射面的多级衍射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法,提出了一种采用单向链表数据结构进行鬼像分析的更加简洁、高效的实现算法.编制了专门的杂散光分析软件,实例计算表明,采用该软件可以快速地分析含衍射元件的复杂光学系统的杂散光,全面描述鬼像在像面的位置和能量分布,分析结果对在光学系统设计阶段排除鬼像的潜在危害具有重要参考价值.

红外半实物仿真系统通过生成高逼真动态红外场景图像,为红外成像系统提供测试环境,在红外成像系统的开发、测试和评估中起着非常重要的作用.围绕红外半实物仿真系统中的关键技术,介绍了该系统中采用的动态红外图像生成技术和红外场景投影技术的原理及其优缺点和目前发展状况,以及红外场景仿真和投影器件的发展方向.

将聚酰亚胺作为绝热材料,对传统室温微测辐射热计结构进行了改进,成功制备了非晶硅室温微测辐射热计并进行了测试.以聚合物材料作为绝热材料,避免了表面牺牲层工艺和体加工技术,降低了成本、提高了成品率.在传统探测器结构基础上,在底部制备一层金属用作红外反射层.利用吸收层可以对红外辐射进行二次吸收.金属层和有源层间的隔离层对红外也有很好的吸收效果,由隔离层、有源层和钝化层构成三明治结构,可以显著改善对红外辐射的吸收.对器件的制备工艺进行了说明并对器件特性进行了测试,结果表明,在773 K黑体源8～14 μm红外辐射下,探测器的响应度最大为26.4 kV/W,表明器件具有较高的性能.

利用真实红外图像作为输入,对其进行分割,划分为不同材质区域,然后使用Vega仿真软件得出各材质在不同天气、时间、季节成像条件下的以灰度形式表达的长波红外仿真结果,通过求解Vega软件仿真结果与辐射量之间的映射函数,得到在相应成像条件下的红外辐射量数据,用此结果代替真实红外图像相应材质区域辐射量均值,从而得到不同天气、时间、季节成像条件下的长波红外仿真图像.

在分析战术导弹羽烟光谱辐射和时间特征等紫外动态辐射特性基础上,基于实测数据和辐射传输的数学模型,以程控紫外模拟源模拟了导弹逼近过程中的羽烟特性,实现了对导弹紫外辐射过程的物理仿真,并测试验证了模拟器的光谱辐射特性和动态辐射特性等主要性能.

传统的神经网络非均匀性校正算法简单、盲目地利用像元的四邻域平均估计期望信号,对空间低频噪声较大的IRFPA校正时难以获得满意的校正效果,针对其不足,提出了自适应加权平均滤波器,通过校正误差标准差阈值分配权值,提高期望信号的估计精度,新算法较原算法具有更强的校正能力,实验结果验证了其优越性.

以高速TMS320C6416 DSP为核心处理单元,研制了新一代的高速红外实时成像系统.为提高系统的性能,保证图像数据的完整性,提出了用环形缓存机制存储数据、采用基于消息机制的DMA方式进行数据传输的新方法.该系统方案新颖、工作可靠、能够很好地满足系统实时性能的要求.对系统的构成及实现原理进行了详细阐述.最后分析了系统的实时性能并给出了实验结果.

对目标和背景组成的场景的红外特性进行了实时仿真.为实现红外场景实时仿真,以场景的红外特性数据库为基础,将机器学习算法引入到仿真之中.利用遗传算法优化权值的神经网络建立了场景温度模型,结合三维可视化显示技术,模拟出不同设定条件下的场景红外图像.仿真结果显示,采用该模型的场景温度计算值和实测结果相符,并能够满足仿真对实时性的要求.

从红外辐射和热传导基本定律出发,综合考虑目标实际结构、太阳辐射、天空长波辐射、气动加热及周围环境辐射等因素的影响,依据空中快速目标热辐射特性,分析气动加热对飞机蒙皮辐射的作用,运用等效热阻对内热源部分进行估算,突出发动机传热部分对飞机整体辐射产生的影响,并建立一种可靠实用的空中飞机红外成像仿真模型,仿真过程中结合对空实拍红外图像进行动态调整,目标模拟结果真实感较强.

激光测距仪对摆动扫描控制系统提出了特殊的要求(摆动幅度为±0.125°,摆动频率为2～8 Hz).在对系统进行建模与仿真分析的基础上,针对其中存在光栅码盘位置检测精度低、电机驱动电流小、易受外界干扰等问题,提出了一种新的工程实现方法.首先采用有限转角无刷直流力矩电机作为执行元件和挠性枢轴连接,可以减小力矩波动和机械摩擦;然后通过电学细分的方法提高光栅的分辨率;最后采用电流反馈和速度反馈相结合的PID控制策略提高系统的性能.试验结果表明:此方法可以满足摆动扫描控制系统对低转速、小角度、高精度控制的要求.

阐述了CY-lC头盔式和电视式激光助视/微光夜间驾驶仪,克服传统微光夜视仪的缺点,利用激光助视弥补了因景物照度和对比度明显下降而影响观察效果的不足,将微光成像系统的探测阈值延伸到10-4 lx以下,并可在不同的恶劣天气条件下观察.对研制的样机在不同夜间环境下的性能进行了野外试验,通过对试验结果的分析和比较,验证了车辆驾驶夜视仪达到了各项预期指标,证实了系统参数设计的合理性.

为满足国家对大气参数测量的需求,成功研制了新型车载式大气探测激光雷达系统.该激光雷达主要是通过接收激光与大气中气溶胶粒子和水汽以及氮气分子间的米和拉曼散射信号,结合相应的激光雷达方程,反演出大气水平能见度、垂直气溶胶消光系数和水汽混合比.最终的实际测量结果与对比实验显示,该激光雷达可以对对流层的大气气溶胶进行昼夜连续观测,对夜晚8 km高度范围内以及凌晨和傍晚时分边界层内的水汽进行测量.相应大气水平能见度的测量误差小于20%,而垂直大气气溶胶和水汽的测量误差最大不超过30%.

提出了通过改变激光束仰角的斜程探测得到气溶胶空间二维分布的方案.利用自行研制的Mie散射激光雷达系统对合肥西郊上空的大气气溶胶进行了连续的斜程探测,并通过相应的数据处理方法,得到气溶胶消光系数二维分布图及其随时间的演变图.给出了2005年12月2日的典型探测结果,这些结果不仅全面直观地反映了大气空间某一纵向剖面的气溶胶消光系数分布情况,而且清楚地显示了这一分布随时间的整体变化趋势,这对于实时的大气环境监测具有重要意义.

介绍了基于双Fabry-Perot标准具的测风激光雷达的工作原理,分析了大气分子散射对风速测量的影响,并给出了相应的数据处理方法.模拟并分析了两种不同迭代初值在1-3次迭代时产生的系统测量误差,给出了1 km和5 km处风速的测量误差.利用自行研制的一台多普勒测风激光雷达对合肥地区对流层风场进行测量,并用两种方法处理了实验数据.结果表明,改进的数据处理方法是切实可行的.

在直接测风激光雷达的接收光路中安装CCD监视器,发现了入射到标准具上光斑的形状及其强度分布对标准具透过率曲线产生的影响.理论分析表明:入射光斑影响了双Fabry-Perot标准具的频谱间距和透过率曲线的形状,双边缘直接测风激光雷达由此将引入较大的系统误差.另外,由于强度分布的随机性,使系统的校准常数失去实际意义.通过在传导光纤上安装扰模器,并在反演风速时引入强度分布函数,可以减小光斑引起的误差.理论和实验表明,文中方法对直接探测测风激光雷达的精度有直接影响.

提出了关于红外"背景复杂程度"的基本概念,发现并论述了一种有效的红外背景复杂程度定量描述方法.此外,提出了一种基于红外背景复杂程度描述的自适应Butterworth高通滤波方法,实现了具备一定普适性的红外图像预处理.在小目标检测问题的研究中,构造并实现了一种更具实用性的先检测后跟踪小目标检测算法,此算法在一个完整的框架下实现了红外图像预处理过程和小目标检测过程的自适应统一.

综合利用红外图像灰度特征与可见光图像灰度以及分维数方差特征,提出了一种复杂背景下多目标分割算法.首先通过最大熵阈值分割出红外图像的潜在目标区域,记录其质心位置及形状大小并对应到可见光图像中.再提取可见光图像的分形维数,利用其方差特征增强目标奇异性,排除背景奇异区域干扰,并对记录的目标区域进行初判决,得到真实目标质心处的分维数方差.然后将分维数图划分为与已知目标大小接近的区域块,搜索并标记具有相近分维数方差的所有区域块.最后在所标记及其相邻的区域块中精确分割出全部目标.对大量实际图片进行的仿真实验证明,该分割算法可以有效地进行多目标分割,并较好地保留目标形状特征.

图像融合是图像处理中的关键技术之一.它在**和民用图像处理领域获得了广泛的应用.提出了一种新的基于小波变换多尺度积的图像融合算法,小波变换多尺度积具有放大信号边缘特征和降低信号噪声的特点,有利于在融合图像中保持图像的细节特征.利用统计分析的评判准则,如熵、标准偏差评价图像的融合效果.实验结果表明该方法提高了图像的熵和标准偏差.在保留原图像信息的情况下增强了融合图像的细节信息.

提出了一种基于多特征距离图的红外弱小目标检测方法.弱小目标的许多特征,如局部熵、平均梯度强度等,不但刻画了弱小目标的特点而且易于提取.通过特征融合技术,可以将弱小目标检测问题转化成在一个多特征空间的极值求取问题.该方法利用已经提取的多个特征,采用特征融合技术构造一个距离图像,再对该图像进行二值化处理,达到目标检测的目的.通过对实际的红外图像序列进行小目标检测,验证了所提方法的可行性和有效性.

根据复杂背景下前视红外机场目标的特点,提出了基于知识的自动目标识别算法,算法的设计以实用性为宗旨,在不影响算法性能的前提下尽量提高其实时性能:通过提取感兴趣区域来缩小处理范围,采用双阈值最大类间方差快速算法快速准确找到分割阈值,采用快速标记算法标记分割图像,利用Freeman链码描述机场的轮廓特征,根据模糊综合评判机制分析机场的目标特征.通过硬件处理平台的仿真验证,该算法对机场目标红外图像有一定的识别能力,且具有较高的实时性.

针对星载设备中高速遥感图像实时压缩要求,利用多片TI公司的C64X系列DSP构建了一个高速实时数据压缩系统,实现了一种基于空间方向树的集合块SPIHT算法.通过对集合块打包、错误检测和再同步技术,改进的SPIHT算法与传统算法相比,其抗误码能力大大提高,能够适用于星栽传输.在该系统中,采用多片DSP级联的方式,对改进的SPIHT算法分级流水处理,保证了该算法的可行性和实时性,满足了星上高速图像传输的要求.实验结果证明了算法的正确性和系统的实时性.

图像中带状目标在行列上具有规则的几何特性,其边缘映射图在笛卡儿坐标系下的正交投影具有显著性特征.由此提出了一种基于正交投影特性的带状目标检测方法.基于Hough变换的思想,引出一种投影变换,利用投影宽度谱的局部峰值定位边缘映射图中的带状目标.为减小噪声点影响,给出一种距离约束准则下的序贯最小二乘直线拟合方法.对两组图像数据进行了算法验证,实验结果表明,算法识别精度高、实时性好,具有很强的鲁棒性.

图像度量是自动目标识别(ATR)性能评估中的重要组成部分.图像度量是否与ATR算法性能紧密相关将直接影响系统后续的评价工作.先介绍了传统的图像度量,并分析了作为传统度量代表的目标局部背景对比度度量(TBC)在复杂场景条件下与算法性能不满足单调关系的不足,针对其局限性,提出了基于灰度共生矩阵的图像杂波度量(TIC),并针对TBC和TIC设计了两组实验.结果表明,无论在指定场景还是复杂场景条件下,TIC与算法性能都具有良好的单调关系,有效地克服了TBC的局限性,从而能更好地评价ATR算法性能.

针对红外预警与跟踪系统中的实时弱小运动目标检测问题,在分析红外灰度图像的非平稳高斯特性的基础上,提出了一种基于高阶统计判据的检测算法.先用一个空域的白化去均值滤波器进行空间背景抑制,为下一步时域高阶统计判据建立一个不相关的高斯背景,根据三阶以上的高阶累积量对于高斯随机过程"盲"的原理,用高阶累积量作二元统计判据检测红外图像背景中的运动弱小目标.算法全面考虑了红外灰度图像和目标在时域与空域方面的特性,大大增强了目标信噪比.通过实际获取的大地背景目标红外数据检测表明,此算法能有效地从复杂背景中检测低信噪比运动小目标,虚警率少,抗噪声干扰能力强.算法易于硬件实现,能够有效地应用于红外搜索与跟踪系统的实时目标检测中.

分析了造雾剂的成雾原理和成雾效果的气象影响因素,研究了封闭空间和外场开放空间相关气象因素对成雾光电干扰效果的影响,结果表明,当环境相对湿度大于造雾剂潮解相对湿度时,高环境相对湿度和较低温度有利于成雾,气流的扰动可以降低造雾剂成雾所需的相对湿度;外场试验中由于气流和风速的影响,当环境相对湿度低于造雾剂潮解相对湿度时,能够很好地成雾,而且由于大面积成雾的集团效应,使雾幛抵抗不良气象条件的能力增强,人造雾受气象条件和地域的限制降低.

采用傅里叶变换红外透射光谱法和毫米波反射截面及透射率法,研究了水基泡沫的电磁波衰减性能.试验研究发现,少量的泡沫即可导致较小的红外3～5μm、8～14μm波段和8 mm波透过率:3～5μm波段红外消光系数75%以上大于1.0 m2·g-1,而8-14μm波段红外消光系数均大于0.6 m2·g-1;8 mm波雷达反射截面积(RCS)平均约为0.302 9 m2.泡沫具有良好的衰减性和特殊结构,加立其水溶性、易配性、良好的流变性和经济性等优点,可以认为:水基泡沫是一种极具研究潜力的新型宽波段无源光电干扰介质.