图像匹配能将待匹配图像变换到原有图像的坐标系中，在各种视觉任务中起着重要的作用。基于特征的图像匹配算法能够在图像中匹配到一些更具区分度的特征，与其他图像匹配方法相比，其具有高精度、高灵活性、高鲁棒性等特点。针对传统特征匹配算法匹配稀疏的问题，提出一种基于改进深度特征匹配算法的密集特征匹配方法。首先，通过VGG网络提取图像的一系列特征图，在初始特征图进行最邻近匹配计算单应性矩阵并进行视角变换；然后，基于特征图的频域匹配特点进行深层特征图融合，用于特征粗匹配；最后，基于粗匹配的结果在浅层特征图上进行特征细匹配用于校正特征匹配的结果。实验结果表明：所提算法提升了特征匹配的精度和匹配的特征数量。

目标仿真是一种能够降低**测试时间与成本的技术。使用长波红外激光器投射光斑到屏幕上进行目标仿真时, 往往会在屏幕上产生拖尾现象, 使点状目标难以在屏幕上保持原有形状, 严重干扰对目标的精确识别, 降低测试精度。通过理论分析了激光功率、激光斑移动速度以及屏幕材料等因素对拖尾的影响, 并通过系列的对比实验进行验证。首先, 在相同的激光斑移动速度下, 激光功率越高, 拖尾现象越明显; 其次, 在激光功率相同的条件下, 激光斑移动速度越慢, 拖尾现象越明显; 最后, 不同的材料对10.6 μm激光的吸收能力有很大的差别, 散热性能越差, 拖尾现象越明显。结果证明: 采用根据激光斑移动速度实时调节激光功率以及使用适当热物理性质的屏幕材料的方法, 可以有效消除和减轻拖尾现象。

空间激光准直系统常采用位置传感器(PSD)作为光电接收单元,半导体激光器作为光源。由于PSD具有非线性,激光光源出射激光的衍射特性会导致准直系统在空间不同距离处响应情况不同。为了减少空间激光准直系统工作时在不同空间距离处的重复标定工作,提出了一种模拟PSD探测半导体激光光斑位置的方法。该方法通过设计相关光学系统获取PSD靶面非线性数据及激光光强分布数据,完成了PSD对光斑强度重心响应的模拟。之后对仿真结果进行了实验验证,实验结果表明该仿真系统能够较好地重现实际PSD探测过程,在0~4.5 mm的相对位移范围内最大误差仅为0.026 mm。

为了解决光纤传感器中普遍存在的温度和应变交叉敏感问题，基于少模光纤的模间干涉原理，研究了LP01和LP02模式干涉的应变和温度传感特性，详细分析了模间干涉传感的相位灵敏度理论。结合少模光纤的数值仿真结果，设计了一种温度不敏感的应变传感少模光纤，其纤芯直径为15.1 μm，在1550 nm下纤芯折射率为1.4512，包层折射率为1.444。搭建了实验系统来研究少模光纤温度和应变传感特性，结果表明：理论计算能够较好地预测实验结果；少模光纤在0~600 μm范围内，应变的相位灵敏度为0.0196 rad/μm，在30~330 ℃范围内，对温度不敏感，可有效改善温度和应变的交叉敏感问题。

针对宽光谱范围高分辨率的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路对二维光谱的探测需求, 分析了探测器与光路系统的匹配关系, 提出了面阵光谱探测系统的设计方法, 设计了具有高灵敏度、 低噪声等特点的二维光谱探测系统。 该系统包括主控单元、 探测器驱动单元、 信号处理单元、 数据存储单元以及数据传输单元等主要模块。 以滨松S10141型CCD为核心设计的探测系统灵敏度高、 动态范围大、 信噪比高。 结合中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路进行光谱探测实验, 结果表明, 该探测系统能在200～600 nm宽光谱范围内获得高分辨率二维光谱图像, 在Hg灯253.652 nm处单色像斑覆盖5个像素, 分辨率达到6.3 pm。

分析了离面准李特洛（off-plane quasi-Littrow, OP-QL）色散光路中子午光束、 弧矢光束的对应关系, 揭示了离面角将引起弧矢光束旋转, 并使球面镜和光栅的弧矢光束不再相互对应的特性, 指出系统弧矢光程差（optical path difference, OPD）并非各元件自身弧矢光束光程差的简单叠加, 而是各元件上与光栅弧矢光束相对应光束的光程差之和。 基于以上结论, 提出了求解球面镜上沿任意方向的光线与主光线之间光程差的方向导数法, 并运用它求解出OP-QL光路的光程差。 最后, 基于小阶梯光栅和中阶梯光栅的实例共同验证了文中分析结论和计算方法的合理准确性。

以宽光谱范围、 高分辨率的中阶梯光栅光谱仪为研制目标, 介绍了中阶梯光栅的色散特性, 阐述了基于它的交叉色散原理, 提出了分辨率优先的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路设计方法, 包括高分辨率的主色散光路设计、 分辨叠级的辅助色散光路设计, 及主-辅色散光路联合校验三个递进的环节, 并结合商用光谱仪进行了实例设计, 仿真和实验表明, 当光谱范围为400~900 nm时, 该分光系统在Hg灯546 nm处的分辨率可达51 000, 在Na光589 nm处的分辨率为44 000。

激光束发散角的测量对于激光制导、激光测量有着重要的意义，激光束发散角是激光质量的一个重要参数。大发散角激光照明在大范围散斑干涉测量中也有着重要应用。基于散斑自相关的方法推导了椭圆高斯光束照明下的散斑二维尺寸与照明光束参数之间的关系，通过散斑自相关运算直接计算得出接收面上散斑二维尺寸从而测量出光束有效照明尺寸，根据不同距离的有效照明尺寸确定光束的发散角。采用激光散斑计量光束有效照明半径的方法有着大范围的光强适用性，无需考虑离轴误差影响。该方法结构简单，对环境光有一定的抑制作用。

针对轮胎规格号图像高噪声的特点，本文提出字符截断方式来获得可区分的外轮廓特征，利用BP 神经网络并结合规格号关系特征来识别轮胎规格号。首先，获取可区分规格号字符样本特征：截取字符的三分之二，获取其外轮廓游程特征；随后，对其进行BP 神经网络训练和识别，得到一次识别结果；最后，采用规格号类型特征，对识别结果做二次识别。实验结果表明，BP 神经网络对变形字符有较强的容错能力，特征获取和二次识别算法能够有效识别轮胎规格号。