飞溅是不锈钢高功率激光焊接中的严重缺陷之一，会导致焊缝尺寸不合格和焊板污染，影响构件服役性能。飞溅的快速、准确监测是保证焊接质量的基础。提出了一种基于机器视觉的飞溅监测方法。首先，建立了基于微距高速摄像机的高时空分辨率飞溅原位观测平台，观察了飞溅的产生和运动过程；然后，提出了基于多阈值分割-形状识别-图像融合的飞溅识别方法，获得了飞溅中心坐标、尺寸和速度特征；最后，研究了飞溅轨迹重构方法，获得了飞溅轨迹和数量特征，分析了飞溅的动态行为对焊缝质量的影响。结果表明，提出的飞溅监测方法可以准确获取飞溅特征，为高功率激光焊接状态监控和焊接质量评估提供了可靠的数据支撑。

正交双波长双脉冲的激光剥离-激光诱导击穿光谱技术能够在较少样品烧蚀的前提下获得高的光谱分析灵敏度, 因此该技术可以从根本上解决在单脉冲激光诱导击穿光谱技术中空间分辨本领与光谱分析灵敏度之间的矛盾。 为了消除在该光谱技术中的实验参数对光谱信号强度及其定量分析结果的影响, 实验研究了银饰品中杂质铜的光谱信号与银元素的光谱信号的相关性。 研究结果表明: 324.75 nm的铜原子辐射线与328.07 nm的银原子辐射线的强度呈很高的线性相关性, 因此选择以银328.07 nm的光谱线作为内标线, 采用内标法就可以消除双光束激光的空间几何配置以及剥离激光脉冲能量等实验参数对铜原子辐射信号的影响, 从而可以采用正交双波长双脉冲激光剥离--激光诱导击穿光谱技术开展银饰品中铜杂质含量的定量分析。 选择银328.07 nm的光谱线作为内标线, 基于内标法建立了铜的校正曲线。 当激光烧蚀坑洞直径约为17 μm时, 当前实验条件下银饰品中铜元素的检出限可以达到44 ppm。

当聚焦激光束在焦平面上的光强分布为高斯分布时，理论推导了激光能量与激光在样品表面所烧蚀的坑洞半径的关系。以铝箔、铝反射镜和热敏相纸为样品，用显微镜测量出不同能量的脉冲激光在样品表面烧蚀的坑洞半径并通过数值拟合来实现对聚焦激光束的焦点光斑尺寸和样品剥离阈值的同时测量。对于脉宽为15 ns、波长为532 nm的激光，测得铝和热敏相纸的剥离阈值分别为2.5 J/cm2和0.25 J/cm2。光斑尺寸和剥离阈值两个参量的测量误差均约为±10%。该技术能够同时且简便地测量出聚焦激光束焦点的光斑尺寸和样品的剥离阈值，对研究固体与激光相互作用以及评价激光束聚焦的特性有一定的应用价值。

为了解决单脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)技术在元素分析时空间分辨本领与分析灵敏度之间的矛盾, 本文利用一台双波长输出的Nd∶YAG激光器开展了双波长激光剥离-激光诱导击穿光谱(LA-LIBS)技术的研究。 其中532 nm的二倍频激光用于剥离样品; 1 064 nm的基频激光通过大芯径石英玻璃光纤传输并实现一定的延时后用于击穿被剥离的样品。 两束激光采用正交几何配置以实现高空间分辨高灵敏的元素分析。 实验研究了1 064 nm激光到光纤的耦合、 光纤输出后的准直以及再聚焦时的一些关键技术问题。 研究并得出了四种不同光纤对激光能量的传输能力。 选择利用芯径为800 μm, 数值孔径为0.39、 长50 m的石英玻璃光纤成功传输了15 mJ的调Q激光脉冲并实现了250 ns的延时。 并在此基础上开展了铜合金样品的双波长LA-LIBS分析, 实验验证了基于一台Nd∶YAG激光器开展双波长LA-LIBS研究的可行性。 该技术只需要一台激光器就可以完成相应的光谱分析, 具有系统结构简单, 便于小型化等优点, 适合对不同样品开展原位的高空间分辨高灵敏的元素显微分析。

报道了采用激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术分析铝合金中痕量元素时的分析行为。 用低能量激光脉冲聚焦于样品表面并在放电电极之间产生等离子体来触发高压火花放电以改善火花诱导击穿光谱技术的分析行为。 在当前空间几何配置下, 研究得到了最佳的放电电压和储能电容等参数并在最佳实验条件下分析了样品中的铜元素, 其检出限达到0.7 ppm。 激光点火的辅助手段改善了火花诱导击穿光谱技术在元素分析时信号的稳定性、 提高了分析精度。 同时它还能够有效地降低放电电压, 改善其空间分辨本领。 研究表明激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术具有灵敏度高、 稳定性好以及具有较好的空间分辨本领的特点, 非常适合于各种合金中的痕量元素分析。

针对视频序列中的人脸轮廓跟踪问题,提出了一种将改进水平集方法引入到粒子滤波框架中的轮廓跟踪算法。此算法使用零水平集函数对人脸轮廓进行表示,通过水平集函数的演化对人脸轮廓进行逼近。为了解决人脸遮挡问题,将形状先验加入到演化过程中来约束曲线的演化。算法在粒子滤波的框架下可以同时跟踪人脸区域的仿射运动和人脸轮廓的形变。实验结果表明,所提出的方法可以对人脸轮廓进行精确的跟踪,并对外界的光照变化,背景干扰,人脸部分遮挡有较强的鲁棒性。