通过热处理工艺制备了6种不同回火温度的GCr15钢样品，通过对样品的光谱特性进行分析，发现谱线强度的比值与样品的硬度之间存在线性相关性，并且这种相关性的大小与所选择的分析谱线有关。因此，提出将激光诱导击穿光谱与随机森林算法相结合的方法，对样品的硬度进行研究。利用两种特征选择方法建立了不同的随机森林模型，结果表明，当基于主成分分析选择特征时，所建立的随机森林模型不能对样品的硬度进行正确的识别，而当基于变量重要性提取特征时，所建立的随机森林模型能有效识别样品硬度，并且调节随机森林模型的参数可以使模型的性能得到进一步提高。研究结果表明，激光诱导击穿光谱与随机森林算法相结合是一种新颖的硬度测量技术，可以应用于工程中钢的性能评估。

SLAM一直是机器人领域的研究热点，近年来取得了万众瞩目的进步，但很少有 SLAM算法考虑到动态场景的处理。针对视觉 SLAM场景中动态目标的处理，提出一种在动态场景下的图像处理方法。将基于深度学习的语义分割算法引入到 ORB_SLAM2方法中，对输入图像进行分类处理的同时剔除人身上的特征点。基于已经剔除特征点的图像进行位姿估计。在 TUM数据集上与 ORB_SLAM2进行对比，在动态场景下的绝对轨迹误差和相对路径误差精度提高了 90%以上。在保证地图精度的前提下，改善了地图的适用性。

并行差动共焦三维成像方法通过将照明光分割为多光束,实现多点并行探测,解决了传统差动共焦成像中逐点扫描导致的成像效率偏低的问题,是一种理想的快速高精度三维成像方法。然而,在并行差动共焦检测过程中,系统光照不均和光学成像系统的场曲都会引起测量误差。分析了宽场成像过程中不可避免的光照不均及光学系统场曲等因素对并行差动共焦轴向测量的影响,提出了一种宽场误差的修正方法,建立了并行差动共焦轴向测量宽场误差修正的理论模型。实验证明,该方法可以有效地抑制系统光照不均对测量结果的影响,并且校正了光学成像系统场曲等引起的轴向测量误差,保证了并行差动共焦纳米量级轴向测量准确度在全视场范围内的普适性。该方法实施过程简便,适用于其他并行共焦检测方法的误差修正。

常用显微镜、能量色散X射线光谱/扫描电子显微镜等检测熔覆层的微观缺陷。使用这些方法固然能准确地观察裂纹,但是这些技术检测结果的说服力较低。通常以剖面来观察检测,但剖面局部区域并不能代表整个熔覆层的情况,随机性太大且检测区域小,对样品尺寸要求高。为了解决这些问题,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测熔覆层的微观缺陷。制备了不同含量的TiC/Ni35熔覆样品,熔覆后样品出现不同类型的缺陷。在21 mm×4.2 mm的区域内,获取样品表面的特征光谱,使用排列矩阵的方法得到了区域扫描的结果。结果表明:LIBS技术可用于熔覆层微观缺陷的快速表征,根据评估计算得到4号样件缺陷最多,1号与5号适中,2号和3号最少。

白光阴道镜图像对比度较低, 不利于医生鉴别不同病变程度组织, 也不利于自动化宫颈癌筛查。 利用癌变组织富含血红蛋白成分及血红蛋白具有特征波段这一特性, 与传统高光谱空间扫描成像及分时获取不同波段多光谱成像方法相反, 利用快照式多光谱窄带成像来加速光谱图像获取过程, 提升不同病变程度组织之间灰度对比度同时, 降低后续图像分析处理算法难度, 实现对宫颈组织病变类型高帧率自动化分类。 首先, 使用微型快照式窄带多光谱摄像方法, 在血红蛋白的两个强吸收峰(415±10)和(525±10) nm、 一个反射带(620±10) nm和一个背景波段(450±10) nm共四个波段对宫颈组织进行快照式零时差获取四幅窄带光谱图像。 而后, 对所获取的光谱图像进行简单代数加减, 以生成突显病变组织的融合图像, 提高不同病变程度组织之间的对比度。 最后, 使用欧式距离分类算法, 对光谱融合图像中不同病变级别进行分类, 建立计算机辅助宫颈癌筛查方法。 创新点在于实现了高帧率计算机辅助光学病理诊断方法。 分别采用临床常规白光阴道镜及微型快照式窄带多光谱摄像对宫颈癌手术切下的新鲜组织进行彩色图像及光谱融合图像的高帧率采集, 并使用同一个欧式距离分类算法对两种图像进行自动分类, 分类结果都以组织病理诊断作为标准来计算正确率。 通过对比两种分类结果正确率来检验光谱融合图像相对于彩色图像是否提升对比度, 及其是否可以实现与组织病理诊断（金标准）结果一致的诊断。 欧式距离分类算法对光谱融合图像分类准确率接近100%, 远高于对白光阴道镜图像约50%的准确率。 多位临床医生对基于微型快照式多光谱摄像头光谱融合图像的计算机自动分类结果表示接受。 微型快照式窄带多光谱成像方法能有效提升光谱融合图像获取帧率及不同病变程度组织之间灰度对比度, 能有效快速地将宫颈组织划分为与组织病理诊断结果一致的病变类型。 由于诊断客观、 无创伤、 结果立等可得, 该方法将有助于实现落后地区宫颈癌筛查的普及以及图像导航下的宫颈癌精准治疗手术。

分析并行物方差动轴向测量方法在样品表面反射率变化以及照明光不均匀情况下的两种乘法性误差,并提出一种误差修正模型。构建表征乘法性扰动干扰的图像灰度矩阵的数学表达式,通过对数差动消去乘法性扰动干扰误差,以达到误差修正的目的。最后通过两组对比实验,对误差修正模型进行实验验证。对高度为4.739 μm、周期为50 μm的台阶样品进行形貌测量,测量的相对误差由修正前的2.91%降低到修正后的0.78%。在低倍数物镜和光照不均匀测量条件下,对表面反射率不均匀的硬币进行快速三维形貌实验,该方法测量结果与光学表面轮廓仪测得的结果相比,相对偏差为1.62%。两组实验结果表明,本文方法能较好地修正乘法性误差的影响,可提升适应性。本文方法可为智能制造在线检测提供适用性强、高效率、高精度的微观形貌检测。

针对已有显微自动对焦方法存在的不足,提出了一种通过倾斜安装摄像头所采集图像的清晰聚焦带偏离视场中心的距离和方向来探测样本离焦量及离焦方向的方法,并搭建了一套显微自动对焦系统对该方法进行可行性验证。结果表明:该方法可以通过检测样本单帧倾斜面图像聚焦带偏离视场中心的水平偏移量,并根据标定好的离焦量-聚焦带偏移量曲线,快速获取离焦量及离焦方向,配以电机驱动可实现自动对焦。该方法的光学结构简单,可直接在常规三目显微成像系统中使用,因此可应用于各领域在线、在位大视场高分辨检测所需要的自动对焦过程。

实时微型多光谱成像方法能够在零机械运动下, 单次曝光同时获取目标对应于几个不同特征波段的多幅二维空间光谱图像, 具有效率高、体积小、抗震等优点。具有高光密度值的二维点阵式窄带微滤片(简称微滤片)是用于活体荧光成像的实时微型多光谱荧光成像技术的核心部件。首先对微滤片进行优化设计及关键参数的确定, 其次研制了既具有二维空间分辨、又有高光学密度值的微滤片。实测结果显示所研制微滤片基本周期单元具有52 ?滋m×52 ?滋m空间分辨率、透过带带宽为24 nm、光密度值高达4、不同光波段通道之间图像信号串扰微弱。该二维点阵式窄带微滤片的成功研制为实时微型多光谱荧光成像技术的应用扫清了障碍, 对医疗活体光学病理诊断及使用多荧光探针来探索生命过程的研究有重要意义。