针对光学多图像认证方法中,多路复用图像中的串扰噪声,以及不同认证级别下的信息安全问题,提出了一种基于超混沌振幅型掩模和Gyrator变换域下相位信息复用的光学多图像认证方法。利用分数阶超混沌Rabinovich系统构造超混沌随机振幅掩模;基于改进的Gerchberg-Saxton算法对原始图像进行低级或高级编码,利用超混沌掩模作为振幅约束,迭代获得目标图像,并将得到的N个目标图像编码成复合图像;再次通过Gerchberg-Saxton迭代将复合图像转化为两个便于传输的纯相位掩模。实验结果表明:在认证过程中,不同安全级别的用户拥有各自的认证密钥,低级认证过程中可以通过检索图像与原始图像的非线性相关峰值,判断认证图像的正确性,而高级认证过程中则可以获得与原始图像相似度较高的认证图像,峰值信噪比和相关系数分别可达25.2817 dB和0.9844。所提方法对遮挡攻击和噪声攻击具有良好的稳健性,为多幅图像在不同级别下的光学认证提供了新的思路。

提出了一种基于棋盘格单张图片的畸变校正方法以解决折反射图像畸变严重的问题。首先给出两种等价方法校正折反射图像切向畸变。其次, 针对展开后的径向畸变问题, 分析棋盘格特征点的图像坐标与空间坐标的对应关系, 提出了径向畸变的校正模型。然后, 为提高算法的执行效率, 将两次校正统一为一个校正映射表, 并结合折反射图像的对称性, 对映射表的存储空间进行了优化。最后, 将映射表用于此相机拍摄的其他图片的校正中。通过物理实验验证了校正方法的可行性和正确性, 且对单帧图像的处理时间仅为30 ms, 可广泛应用于安全监控和机器人导航等领域。

针对光学变换水印算法中光学实现的轴对准问题和光学密码系统的安全性问题,提出一种基于超混沌映射和Gyrator变换的光学水印方法。利用Chen 4D超混沌系统构造超混沌相位掩模,然后通过菲涅耳波带板和径向希尔伯特掩模构造的涡旋光,对超混沌相位板进行照明,最后借助Gyrator变换将加密后的水印图像植入宿主灰度图像,实现Gyrator变换域下的光学信息隐藏。通过Gyrator逆变换提取目标图像中植入的水印信息。实验结果表明,该算法能够从高不可感知性的目标图像中提取高质量的水印信息,加密的目标图像信噪比高,与宿主图像的相关性强,能够有效地抵御强度系数为0.06和0.8的椒盐噪声和高斯噪声的攻击,对低于50%遮挡率和80压缩因子的攻击具有良好的稳健性。加密后的目标图像与原始宿主图像具有相似的统计分布,较好地实现了信息隐藏。

针对遥感图像及彩色图像传输过程中的信息安全问题, 提出了一种利用矢量运算和副像相位掩模对彩色遥感图像加密的方法.在加密过程中, 利用光学相干叠加原理将原始图像矢量分解, 并叠加到R、G、B三个通道上的两个相位板当中; 然后, 使用副像相位掩模在菲涅尔域中双随机相位编码对其中一个相位板加密; 最后, 利用两个随机矩阵的Kronecker积对编码图像进行进一步随机化处理, 实现彩色遥感图像的多级加密.实验结果表明：该算法的密钥敏感度高, 在强度系数小于0.04的高斯噪声攻击和统计分析攻击下具有良好的稳健性; 密文能够抵御选择明文攻击, 相比于传统的双随机相位编码算法具有更强的安全性.解密遥感图像的峰值信噪比和相关系数可达31.92dB和0.9888.该加密方法为大量相同尺寸遥感图像的加密提供了新的思路.

建立了扇形无漏光聚光系统,对其几何聚光比与抛物线系数、聚光模组后抛物面宽度及聚光模组数量之间的相互关系进行了研究。针对光线耦合结构阵列后导致的漏光问题,提出了锯齿型无漏光波导板的设计方法,在提高聚光比的同时获得较高的聚光效率。通过分析太阳运行规律,提出可传动棱镜片组的设计以取代传统双轴跟踪方式,在一定意义上实现单轴追踪,降低系统运行功耗。在考虑菲涅耳损失以及材料吸收情况下,利用LightTools软件对所设计的聚光系统进行光线追迹,结果表明:在抛物线系数a=0.019时,几何聚光比达到1900,聚光效率为65.1%;在抛物线系数a=0.032时,几何聚光比达到1110,聚光效率达到约82.3%。

光场相机通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,在采集物方光强的同时可记录光线方向。提出一种在频域内对光场相机获取的四维光场图像加密的图像数字水印方法。植入信息经Base64编码后生成二维图像,并通过Aronld迭代对此图像进行均匀化处理,建立与原始光场坐标系匹配的虚拟计算光场,在四维傅里叶域内以切片替换的方式将加密信息植入原始光场中,实现光场图像加密,然后,基于二者坐标对应关系,应用傅里叶逆变换提取加密光场图像中的植入信息。搭建光场采集系统,应用本文方法对采集的原始光场图像进行加密处理。实验结果表明,加密光场图像信噪比高,与原始光场图像相关性强,加密光场图像无明显伪迹和失真,算法简便快捷,稳定可靠。

针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3) m房间中对平板型聚光器作为光学天线的接收功率分布进行仿真,得到直射和非直射链路信道下视场角为50°的平板型聚光器接收房间内各位置的光功率比直接探测时分别提升了16.2411 dBm和16.4956 dBm。

光场相机与传统相机不同, 通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列, 实现在采集物方光强的同时记录光线方向。为了重构物方光场, 研究了基于光场相机的深度面计算重构算法, 对该算法所采用的焦点堆栈、投影切片定理进行研究。首先, 对四维光场定义及光场相机工作原理进行分析; 建立了相机内部深度面重构模型, 分析了投影切片定理在深度面获取的应用, 并推导出不同深度面图像表达式; 根据得到不同深度位置图像, 研究了计算重构算法, 搭建了含有微透镜阵列的微型单相机光场采集系统, 采集原始光场, 利用本文方法实现了物方光场的逆向重构。实验结果表明：利用本文重构算法, 光场相机采集的物方光场可通过滤波计算方法逆向重构, 通过重构光场数据可获得物方场景深度信息。本文深度面获取算法较其他算法节省30%以上的时间, 各深度面图像峰值信噪比在25~30 dB之间, 实现了高精度、稳定可靠的计算光场重构。

利用800 nm飞秒激光光镊捕获了水中分散的银纳米颗粒，在玻璃基片表面直写银线，通过调控激光参数研究了激光功率对银线线宽及表面形貌的影响，实现了线宽为378 nm的银线直写。经过测试，直写的银线电阻率为固体银的19.88倍。此外，还利用该方法制备了银二维网格结构，体现了该技术在二维结构直写方面的良好加工能力。

基于微分几何原理,结合折射、反射定律以及能量守恒定律,将太阳能聚光问题转换成一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Ampére方程,并建立了相应的数学模型。根据该数学模型,设计了自由曲面聚光器,利用光线追迹软件对所设计的自由曲面聚光系统进行了模拟研究。结果表明: 在考虑菲涅耳损失和光学材料的吸收情况下,当实际太阳光线以0.27°的发散半角入射时,1000 mm长度的自由曲面聚光器的几何聚光比达到500,聚光效率为77.5%。通过该方法设计的自由曲面具有很高的设计自由度,为设计不同程度聚光需求的太阳能聚光器提供了可能。