传统红外与可见光融合图像在复杂环境下存在细节缺失, 特征单一导致目标模糊等问题, 本文提出一种基于卷积神经网络结合非下采样轮廓波变换(non-subsampled contourlet transform, NSCT)的红外与可见光图像进行融合的方法。首先, 通过卷积神经网络提取红外与可见光目标特征信息, 同时利用 NSCT对源图像进行多尺度分解, 得到源图像的高频系数与低频系数; 其次, 结合目标特征图利用自适应模糊逻辑与局部方差对比度分别对源图像高频子带与低频子带进行融合; 最后, 通过逆 NSCT变换得到融合图像并与其他 5种传统算法进行对比; 实验结果表明, 本文方法在多个客观评价指标上均有所提高。

基于分步傅里叶法研究了饱和非线性介质中艾里光束与孤子的交互作用。仿真结果表明,单艾里光束与孤子作用时,可通过调节艾里光束与孤子的初始强度比、光束初始间隔及相位差控制交互作用后光波的传播模式。弱能量艾里光束与孤子碰撞后会形成峰值强度呈阻尼振荡的呼吸孤子,而同相位时,强能量艾里光束与孤子碰撞后会使呼吸孤子的峰值强度位置左移;反相位时,则会产生峰值强度不等且存在一定夹角的孤子对。双艾里光束与孤子作用时,可通过调节三光束间的初始间隔和相位差调整呼吸孤子的平均峰值强度,且艾里光束主瓣及旁瓣会随双艾里光束与孤子初始振幅比的增加发生能量脱落,此时呼吸孤子和孤子对共存。

建立了基于FTIR光谱测量系统光谱响应度的非线性标定模型,并基于三段式高温黑体辐射源对FTIR光谱测量系统进行了光谱响应度标定实验研究。三段式高温黑体温度覆盖600~950℃温区、光谱范围覆盖3~14 μm。与传统的分段线性标定模型进行了比对,结果表明:基于非线性标定获得的光谱辐射亮度与理论光谱辐射亮度平均偏差优于0.04%,而分段线性标定的平均偏差在0.93%水平,两者具有较好的一致性,非线性标定方法的精度比分段线性标定方法的精度提高了一个数量级。

作为二次分析方法, 近红外光谱分析的重现性和可靠性非常依赖于建模过程。 以近红外光谱小麦蛋白质定量分析模型为例, 研究了多变量定标建模过程中异常样本问题, 旨在讨论复杂样本建模中的样本对模型的影响和作用。 以PLSR算法建模中校正方差与验证方差的解释百分比曲线的背离特性作为异常样本存在的判据, 当两个百分比曲线显著偏离时, 则认为样本集中存在异常样本, 并对建模产生了显著影响。 异常样本的识别和处理, 以及影响分析是本文主要的创新性工作, 采用了基于样本删除的子模型遍历统计方法, 能够渐次识别并提取出异常样本。 在剔除异常样本后的模型预测结果中, 以模型的预测残差标准差作为参考距离对异常样本进行了离群程度分级, 可分为显著离群样本, 相对离群样本以及潜在离群样本, 数据集中显著离群样本约占7.8%, 相对离群样本约占15.6%。 异常样本对模型的影响表现在对正常样本的预测残差上, 使预测值偏离理想拟合直线, 分散性增加。 剔除异常样本或以样本权重建模可有效抑制异常样本的影响, 使模型的解释性更偏向于多数样本数据, 降低模型的经验风险误差。

中温黑体是红外谱段常用的高精度辐射标尺设备, 而近红外是处于其有效辐射范围边缘的谱段, 所以该谱段的定标研究相对较少。 研究了基于中温黑体的近红外光纤光谱仪辐射定标方法, 主旨是探讨定标精度如何受定标模型的结构参数选择的影响, 进而为近红外光谱辐射计量溯源提供技术参考。 采用50～1 050 ℃的可调中温黑体对近红外光纤光谱仪(950～1 700 nm)进行辐射定标。 针对定标的关键环节重点讨论了两个内容, 首先是辐射传输模型的几何因子匹配问题, 比较分析了传统的双圆盘辐射传输模型和光纤直接耦合模型。 对于光纤光谱仪的辐射定标来讲, 采用光纤直接耦合形式的辐射传输模型, 结构上更简单, 耦合效率更高。 其次重点分析了辐射定标中模型的结构参数对定标精度的影响, 其影响的原因是定标数据本身属性中的尺度结构特征, 即通常所说的非线性问题。 因此对于定标精度要求较高时, 需要采用非线性定标模型进行校正, 并尽可能保证测试点采样的尺度均衡, 这是小样本数据解释非线性结构关系时无法回避的样本选择问题。 数据分析结果表明, 定标方程的不同结构参数的选择策略对定标精度有显著影响, 校正方程的样本残差标准差带变化范围为±0.1%～±1%。

通过建立光电热(PET)模型，研究了发光二极管(LED)光源相关色温(CCT)的模型预测控制方法，实现了多主色LED光源的相关色温控制。首先，提出了热平衡状态稳定假设和修正的非对称高斯函数作为基函数的假设; 根据软模型建模思路,用最小二乘估计求解各个模型参量的回归子模型，分析光谱敏感系数曲线随CCT变化的关系。 然后，通过重力线法调试出在3 000，4 500和6 500 K 下3个常用色温点处所需的电流控制量。最后，在调设好的电流控制量上加以一定的无规则扰动产生一组验证数据，用于评价模型精度。实验结果表明: 建立的多主色LED光源的PET数学模型能够很好地通过电流控制量和环境温度来预测LED的热沉温度和多主色合成光谱功率分布函数，进而能够预测控制色温，具有很好的模型精度。得到的色度坐标预测精度优于±0.005，CCT预测精度优于±150 K。提出的基于模型的控制方法不仅适用于常用LED光源的CCT调控，还可推广到更多通道的LED光源的色度及CCT控制中。

针对制冷型320 pixel×240 pixel凝视焦平面阵列探测器，设计了一款10倍中波红外连续变焦光学系统。系统采用机械正组补偿变焦结构，通过二次成像设计实现系统100%的冷光阑效率，利用硅和锗两种普通红外光学材料，通过引入合理的非球面和衍射面，借助ZEMAX光学设计软件对系统进行优化设计和像差平衡，实现了20~200 mm的中波红外连续变焦系统的优化设计。设计结果表明：系统仅采用7片镜片，实现了变倍比为10、F数为2、工作波段为3.7~4.8 mm的中波红外连续变焦系统的优化设计，系统的调制传递函数在空间频率16 lp/mm处大于0.4，点斑均方根半径均小于16 mm，接近衍射极限，满足系统成像要求，且系统的变焦曲线平滑，符合变焦要求。

为了简化模型, 提高模型预测精度, 利用特征投影图（LPG）进行变量选择。 对原始光谱进行连续小波变换（CWT）, 利用主成分分析（PCA）得到LPG, 假定LPG中共线性光谱变量对建模作用相同, 选出少数特征光谱变量建立预测模型, 所得模型预测均方根误差（RMSEP）为0.345 4, 优于其他建模方法, 研究结果表明, LPG变量选择可有效简化近红外光谱模型, 提高模型预测精度。