摄像机标定通过求解摄像机的内外参数，获取空间物体三维坐标与图像二维坐标的对应关系，在计算机视觉中起到越来越重要的作用。介绍了摄像机标定技术中的常用坐标系及转换关系、摄像机成像的线性及非线性模型，以及三类典型的标定方法。相比于小视场，针对大视场摄像机标定方法的研究较少，重点针对六个方面的改进，归纳了国内外近年来大视场摄像机标定方法的研究进展。

提出了一种基于超材料的透射式太赫兹1/4波片，将传统的开环谐振型结构改进为“叉指”型结构，实现了线极化波向圆极化波的有效转换。测试表明，在0.818~0.973THz内，透射波的轴比小于3dB，椭圆度χ＞0.81，器件将线极化波转换为圆极化波的效率为50%~75%。与现有的太赫兹1/4波片相比，该器件极化转换效率高、结构简单，仅由一层介质层和两层金属层组成。所提出的太赫兹1/4波片在太赫兹无线通信、太赫兹成像等领域具有重要的应用前景。

为了控制并提高压电半球谐振陀螺仪的检测精度，采用力反馈模式下的驱动检测方法实现了基于现场可编程门阵列（FPGA）的半球谐振陀螺数字式闭环测控系统，并完成了硬件实现。最后，通过对数字测控系统的仿真和转台测试实验，得到陀螺标度因数为1.428mV/(°/s)，验证了此方法的有效性。

介绍了一种单片集成式光-频率转换芯片，给出了流片芯片的测试结果。芯片内部光电二极管产生随光强变化的光生电流，积分电容将其转换为电压信号，当电压达到比较器阈值时，比较器翻转，振荡电路振荡，光强被转变为频率信号。采用0.6μm 2P3M工艺进行了流片，实现了芯片在三端封装条件下的正常工作，芯片尺寸为1.8mm×1.7mm，光敏区面积为850μm×850μm，非线性小于1%，暗电流小于1Hz，输出信号占空比为50%，芯片最高输出频率为1MHz。

研究了分别使用大尺寸金纳米壳与星型金纳米颗粒修饰极大角倾斜光纤光栅（ExTFG）的局域表面等离子体共振（LSPR）传感器，实验对比了这两种ExTFG-LSPR传感器的折射率传感特性。实验结果表明：修饰星型金纳米颗粒的ExTFG传感器，其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约15.52和12.8nm/RIU，但共振吸收效应不明显；而修饰大尺寸金纳米壳的ExTFG传感器，在大尺寸金纳米壳的LSPR作用下，其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约31.1和26.99nm/RIU，同时，TM与TE模在C-L波段表现出强烈的共振吸收，基于归一化强度变化的折射率灵敏度分别约为185.18%/RIU和251.83%/RIU。

在短波红外天文探测应用中，背景辐射极低、信号电流极小，每秒仅产生几个光电子，为了实现较高的信噪比，探测器应具有极低的噪声。在目前国际主流天文应用红外读出电路源随器（SFD）结构的基础上，提出了一种改进型读出电路输入级结构设计，即行共用模块的单位增益缓冲器（UB）结构，在电路仿真中，实现了输入级等效输入噪声小于1e-，线性度为0.994。

PIN光电二极管相对于pn结型光电二极管具有结电容小、量子效率高等优点，但采用标准低压CMOS（LV-CMOS）工艺研制的CMOS传感器只能实现基于n阱/p衬底的pn结光敏元与片上电路的集成，高压CMOS（HV-CMOS）工艺的发展为CMOS电路与PIN光敏元列阵的单片集成提供了可能。基于HV-CMOS工艺设计了一种集成PIN光敏元列阵的CMOS传感器，并对器件的光电响应进行了测试评估。结果表明，集成PIN光敏元的CMOS传感器具有更高的像素增益和量子效率，而暗电流、输出摆幅、线性度等特性保持良好。在500~900nm宽波段范围内，器件的量子效率均达到80%以上，在950nm附近的量子效率达到25%，优于采用其他工艺制作的CMOS传感器。

对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构，覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明：随着归一化波导厚度的增加，TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小，且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现；进一步研究发现，波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小，对负功率流和零功率流的影响较大。

针对集成化、小型化及低成本光纤陀螺应用需求，基于光路耦合和精密组装等工艺研制了双Y分支波导相位调制器芯片与PIN-FET组件封装级集成的样品器件。装机测试表明，该光纤陀螺在常温下的零偏稳定性优于0.2°/h。

以主动镜背冷结构Yb∶YAG为研究对象，借助有限元分析软件，并根据Yb∶YAG的三能级结构特点，系统分析比较了不同泵浦光特性和冷却条件下激光晶体内部稳态和瞬态下的温度及应力分布。分析结果表明，泵浦光的均匀性对激光晶体内部的温度梯度有较大影响，此外，同等泵浦和冷却条件下，瞬态下的温度梯度峰值大于稳态下的温度梯度峰值。分析结果对于固体激光器的设计有一定的借鉴作用。

针对多波长集成光源阵列封装设计了一种具有低传输损耗、低串扰的阵列微波馈线。通过分析微带线和接地共面波导在传输高频微波信号时的优缺点，设计了一种桥型微波馈线结构。同时利用有限元法，对馈线尺寸参数进行仿真优化。在30GHz范围内，得到了反射系数低于-17dB、传输损耗小于0.4dB、相邻信号电极间串扰小于-26dB的仿真结果。设计了基于金线键合的阵列芯片方案，并通过有限元法仿真确定了传输性能良好的封装间距。

由于仿昆虫扑翼微飞行器需要在小范围内传输扭矩，且扭矩数值较小，一般的扭矩传感器或力传感器在其动态范围内均难以达到测量精度的要求。为了解决这一问题，提出了一种新型单轴扭矩传感器的设计方案，并完成了实际的制造和测试。该扭矩传感器的主体为殷钢材料，由激光加工制作而成，利用电容式位移传感器测量主轴旋转时目标板的位移，从而建立输出电压与施加扭矩之间的对应关系。传感器带宽和分辨率与微飞行器飞行实验的标准相匹配，同时对离轴负载保持不敏感。经实验测定，该单轴扭矩传感器的带宽为1.1kHz，测量范围为±260.8μNm，分辨率为0.013μNm，可以满足微飞行器扭矩的测量需求。

CsI光阴极在空气中易潮解是导致实际使用时量子产额降低的重要原因。使用扫描探针显微镜观察CsI光阴极在潮解前后的表面形貌变化，发现CsI晶粒在潮解后的直径与高度变大，且CsI薄膜的覆盖率降低。对CsI光阴极潮解后的表面形貌建模，通过蒙特卡罗模拟来研究CsI光阴极的量子产额在潮解前后的变化。模拟结果显示，CsI晶粒的直径和高度变大会导致CsI光阴极的量子产额下降，并且表面形貌变化越大量子产额下降越多。因此，可以认为潮解造成CsI光阴极量子产额下降的重要原因之一是CsI光阴极表面形貌的变化。

贵金属纳米颗粒阵列结构中的多重表面晶格共振能够在多个波段同时抑制体系辐射损耗，增大共振品质因子和局域场强，这对多波长相关微纳光子器件的设计具有重要意义，如何实现对多重表面晶格共振的有效操控是实现这些应用的关键。提出采用非对称纳米棒二聚体阵列结构产生和调控多重表面晶格共振。由于纳米棒结构的各向异性，其构成的二聚体结构具有丰富的局域共振响应，并且依赖于二聚体的排列方式，可以进一步调整局域共振，故由非对称纳米棒二聚体阵列可以产生并实现对多重表面晶格共振的有效操控。研究结果表明，由端对端和边对边排列的非对称纳米棒二聚体阵列结构能够激发起不同的表面晶格共振，其共振峰位、品质因子等可以通过改变两个正交方向上的周期实现有效调控，这对基于多重表面晶格共振的微纳光子器件的设计具有重要的应用价值。

采用射频磁控溅射法在超白玻璃衬底上制备出了近红外波段高透光性的AZO透明导电薄膜，用XRD、SEM和发光光度计研究了不同Ar气流量对AZO薄膜的结晶、电学性能和红外透光性能的影响。发现在室温、不同Ar气流量条件下制备出的AZO薄膜在300~1100nm内的透过率相差不大，均大于86%，而在1100~2500nm内透过率变化明显。在Ar气流量为10cm3/min时，制备出的AZO薄膜在1100~2500nm内透过率仅为62.7%，而在Ar气流量增大至40cm3/min时，在1100~2500nm内透过率则增加到86.6%。分析表明，AZO薄膜红外透光性能的增加是因为Ar气流量增大时，薄膜电学性能变差，电阻率增加，载流子浓度下降，对红外波段光的自由载流子吸收减弱。

光纤光栅温度传感器的增敏封装技术是促进其工程化的关键，其中增敏材料的参数特性决定了传感器的精度。讨论了奥氏体不锈钢304材料的热膨胀系数特性，研究了其热膨胀系数随温度变化的关系，分析了线性热膨胀系数对光纤布拉格光栅（FBG）温度传感公式的影响，提出用二次多项式拟合方法修正开槽钢柱封装的FBG温度系数，并搭建系统进行了实验验证。结果表明：同一温度下，实测的传感器中心波长值与采用固定热膨胀系数下的波长值相差较大，且温度越高二者差值越大，100℃时达0.075nm，温度偏差2.58℃；而实测中心波长值与采用线性热膨胀系数下的中心波长值基本一致，二者的二次多项式拟合优度达0.9999。因此，考虑封装材料的热膨胀系数变化特性，采用二次拟合方法将大大提高传感器的测量精度，适用于对温度传感精度要求较高的场合。

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，分析了Ga-Eu共掺杂ZnO（GEZO）结构的能带结构、态密度、马利肯布居分布以及光学性质。结果表明，计算得到的晶格常数及带隙与实验值一致。Ga，Eu的掺入贡献了导电载流子，使体系的电导率增强。费米能级进入导带，呈现n型导电。从态密度中可知费米能级处出现了由Eu的4f态引入的杂质带，Ga也在导带底处贡献了4p和4s态。原子和键的平均马利肯布居分布表明，Ga，Eu原子的掺入增强了键的离子性。光学性质方面，Ga，Eu的掺入使得介电函数实部和虚部的峰位向低能区转移，吸收率和反射率在可见光区均有提高。

采用简化的种子层制备工艺在ITO基底上制备了ZnO种子层，并使用化学溶液沉积法制备了高度取向的ZnO纳米棒阵列。采用XRD和SEM对ZnO纳米棒的结构和形貌进行表征，并对样品的光学性能进行了测试。测试结果表明，所制备的ZnO纳米棒为c轴择优取向的六角纤锌矿结构，直径为66~122nm可控，且排列紧密，形貌规整。光学性能测试结果表明，吸收光谱在375nm附近表现出强烈的紫外吸收边是由于禁带边吸收引起的；反射光谱具有一定的周期振荡性，可用于薄膜厚度的估算；光致发光谱在378nm附近有很强的紫外发射峰；增大生长液浓度和高温退火可降低缺陷发光，改善结晶质量。

为实现水位的实时精确监测，提出了一种基于视频图像的水位监测方法，该方法不识别水尺刻度与数字，而是利用水尺刻度对相机进行标定，用图像差分法提取水位变化区域，计算图像水位线坐标，根据相机标定结果算得实际水位高度。该方法算法简便、处理速度快、满足实时监测要求、受水尺刻度限制及污渍等外界环境的影响较小，可以较精确测得水位高度。研究选用两幅分辨率为 640×480的图像进行模拟实验，在图像未满足要求的情况下测得水位平均误差小于0.5cm，当系统满足设计要求时测量精度会进一步提高，该方法可以较好地实现水位的实时精确监测。

多光谱成像技术是遥感领域的一项重要技术。多光谱图像配准技术可以提高遥感图像的应用效率和能力。基于边缘结构在多光谱图像中较为稳定这一特性，提出了一种基于对称性边缘的多光谱图像配准方法，该方法主要包含“图像比例调整”、“对称性边缘提取”和“互信息配准”等三个步骤。基于天宫二号宽波段成像仪的遥感数据设计了一种多子图配准方案，验证了所提方法在可见光、短波红外和长波红外三个谱段之间图像配准的有效性。设置对比实验，将所提配准方法与其他多光谱图像配准方法进行比较，结果表明该方法在天宫二号宽波段遥感图像的配准中具有较高的精度。

针对紫外成像仪中紫外光图像与可见光图像的灰度值特点及传统的图像融合方法在图像融合时存在紫外光斑信息丢失的问题，提出一种基于非下采样剪切波变换(NSST)和自适应稀疏表示的紫外光与可见光图像融合方法。首先用NSST变换分解源图像，得到低频子带系数和高频子带系数；然后采用邻域标准偏差取大的融合规则融合低频子带系数，生成近似融合图像；根据自适应稀疏思想指导高频子带系数的融合；最后通过逆NSST变换重构得到融合图像。实验结果表明，该方法在保留可见光背景信息的基础上，很好地融合了紫外光斑信息，改善了图像的主观视觉质量，在客观评价指标上也有所提高。

针对红外动态伪装系统，提出了一种基于特征综合的红外动态伪装效果评估方法。根据红外侦测图像的特性，选择了亮度对比度、直方图特征、纹理特征和边缘形状特征等四种特征指标，分别统计背景图像与伪装图像之间四种特征的相似度。四种特征相似度在综合评估过程中所占的比重不固定，特征权重分配依据伪装图像特征序列数据的信息熵的大小决定。最后累加单幅伪装图像的四种特征值与特征权重的乘积，作为该幅图像的综合评价结果。在红外动态伪装系统上进行了试验，通过采集背景图像和序列伪装图像，验证了效果评估算法的可行性和有效性。红外动态伪装效果的评估结果可为优化伪装设计算法提供数据支撑。

针对多用户正交频分复用（OFDM）系统自适应资源分配的问题，提出了一种新的自适应子载波分配方案。子载波分配中首先通过松弛用户速率比例约束条件确定每个用户的子载波数量，然后对总功率在所有子载波间均等分配的前提下，按照最小比例速率用户优先选择子载波的方式实现子载波的分配；在功率分配中提出了一种基于人工蜂群算法和模拟退火算法（ABC-SA）相结合的新功率分配方案，并且通过ABC-SA算法的全局搜索实现了在所有用户之间的功率寻优，同时利用等功率的分配方式在每个用户下进行子载波间的功率分配，最终实现系统容量的最大化。仿真结果表明，与其他方案相比，所提方案在兼顾用户公平性的同时还能有效地提高系统的吞吐量，进而证明了所提方案的有效性。

针对激光告警技术中面阵成像探测方式容易产生漏警、虚警以及信号处理难度大的问题，提出了一种基于触发器阵列锁存的PIN面阵探测系统设计方案。该系统以触发器为基本单元，同时在PIN面阵探测电路的输出端设计了信号锁存阵列，可将来自PIN面阵探测器所有通道的输出信号同步锁存，并设计了读取电路将锁存阵列中的面阵数据以串行数据的形式输出。采用FPGA搭建了阵列规模为8×8、角度分辨率为6°的信号锁存阵列和读取电路进行了试验验证，结果表明该方案可以实现高分辨率激光告警功能。

将12片自主研发的L3072UD型线阵CCD进行拼接，每片CCD的垂直转移脉冲（ΦP）、水平转移脉冲（ΦH1, ΦH2）和复位脉冲（ΦR）的驱动脉冲设计成相同的波形，通过电子快门的开启时间分别控制每片CCD的积分时间，且每3片CCD的驱动脉冲共用一个驱动，实现了一种12片CCD同时工作的光谱采集系统。将该系统应用于火花光谱仪，对样品的铜含量进行检测。实验结果表明，该CCD光谱采集系统能够实现2的铜含量检测精度，检测灵敏度高、通用性强，具有一定的推广应用价值。

针对DSOD目标检测算法对小目标检测能力较弱的问题，提出在DSOD中引入RFB_a网络模块和Atrous卷积层予以改进。首先，该算法将DSOD网络的第二个转接层产生的特征图输入到RFB_a网络模块中，经过RFB_a网络不同采样步长的Atrous卷积提取具有不同感受野的特征，为后续检测小目标步骤提供所需特征；其次，为了增加特征图的语义信息，在第二个无池化转接层后加入采样步长为6的Atrous卷积层；最后，在损失函数中加入IOG惩罚项，防止在预测密集的同类型目标时出现同类预测框重叠，从而避免在NMS后处理时出现漏检。实验表明，该算法相对于原DSOD算法具有更高的检测精度，提高了对小目标的检测能力，同时降低了训练网络的硬件设备要求。

图像显著性检测能够获取一幅图像的视觉显著性区域，是计算机视觉的研究热点之一。提出一种结合颜色特征和对比度特征的图像显著性检测方法。首先构造图像在HSV空间的颜色函数以获取图像颜色特征；然后使用SLIC超像素分割算法对图像进行预处理，基于超像素块的对比度特征计算图像显著性；最后将融合颜色特征和对比度特征的显著图经过导向滤波优化形成最终的显著图。使用本文算法在公开数据集MSRA-1000上进行图像显著性检测，并与其他6种算法进行比较。实验结果表明本文算法结合了图像像素点和像素块的信息，检测的图像显著性区域轮廓更加完整，优于其他方法。

针对传统的Radon变换直线检测算法运行时间长、占用存储空间大的问题，提出了一种基于二分查找的Radon变换直线检测改进算法。在Radon变换直线检测算法的基础上，增加了对图像中待检测直线最小夹角的约束条件，使用区间划分结合二分查找的方法对Radon变换直线检测算法进行改进，并通过待检测直线在Radon空间中的位置参数确定出待检测直线在原始空间的直线方程。实验结果表明，相比于Radon变换直线检测算法，所提出的改进算法在保证抗噪声干扰能力不受影响的前提下，有效减少了高检测精度要求下图像直线检测算法的运行时间和占用的存储空间，提高了直线检测的实时性。

为了降低弹性光网络中双链路故障保护下的业务及带宽阻塞率、均衡带宽资源分配，提出了一种双重故障下的自适应保护级别算法。该算法综合考虑传输距离、调制格式等因素，根据链路频谱资源使用状态动态地更新链路惩罚系数，选取最佳路径进行传输，同时根据请求类型及网络空闲资源状态自适应地选择保护方法，为业务提供最大限度的保护。仿真结果表明，在双链路故障下，算法在阻塞率方面取得了较好的性能，同时均衡了网络中各链路上的资源使用。

基于压缩感知图像重构和单像素相机成像的基本原理，对单像素成像系统中的图像重建算法进行了改进优化。基于最小范数类优化算法，结合凸优化算法和非凸优化算法各自的优点，设计了一种逼近L0范数的数学模型，从而实现了从凸优化向非凸优化算法的迭代逼近，即逼近光滑L0范数算法。该新型算法以更高的效率和更大的概率逼近原始信号全局最优且尽可能稀疏的解。相较于传统压缩感知图像重建的贪婪类算法和最小范数类算法，该算法使压缩感知重建图像的质量和单像素相机的成像效果均得到了有效提升，并通过实验仿真和实际场景的成像实验验证了该优化算法的可行性。