对感染黑斑病的刺五加叶片进行光谱特性研究, 能为药用植物病害的早期筛选与精准治疗提供重要研究资料。 实验目的, 运用高光谱成像技术实现植物病害的自动监督分类与识别。 实验过程, 首先使用高光谱成像系统在可见光波段（380～960 nm）内采集刺五加黑斑病的叶片样本, 光谱数据经过去除亮暗噪声和平滑预处理后, 再经过主成分分析实现数据降维, 继而运用基于不同核函数的支持向量机法建立分类模型, 最后利用总体分类精度、 Kappa系数等因子评价不同核函数对分类器性能的影响。 根据叶片表面的特征将其分为四类样本: 健康亮部、 健康暗部、 轻度病害和重度病害等。 对比各类样本的光谱可知, 刺五加的健康样本在540 nm波长存在一个明显峰值, 在620～680 nm光谱曲线急剧上升; 而病害样本的光谱反射率呈现缓慢且平稳的上升趋势, 上述特征能够将图像空间上反射强度接近的健康亮部和严重病害完全区分开。 经对比发现前四个主成分（PC1, PC2, PC3, PC4）在分类表达上存在差异, 主要表现为PC1含有的信息多, 能够较好地区分各类样本; PC2则出现健康亮部和严重病害的交叉混淆; PC3是对于PC2的补充, 能基本完整地表达轻微病害; PC4的贡献率仅有0.19%, 依然能够准确地识别严重病害。 不同主成分分量在表达各类样本特征中存在的差异能够作为复杂样本分类的参考依据。 对比四种核函数对支持向量机分类器性能的影响, 结果显示线性核函数的识别过程受光强反射的影响较大, Sigmoid核函数的训练精度易受数据集大小的影响, 在识别健康亮或暗, 以及轻微病害上均存在一定的误差, 多项式核函数与径向基核函数的效果较好, 其中, 多项式核函数的精度更高, 为92.77%。 研究表明, 利用高光谱成像技术能够准确地识别刺五加的健康叶片和患病叶片, 为实现自动诊断药用植物叶片病害提供新方法。

对肝细胞及肝病变细胞进行荧光光谱特性研究, 能为早期筛查与攻克肝癌提供光谱学依据。 实验目的包括, 通过光谱实验获得细胞特异性荧光光谱； 结合流式细胞仪获得最大饱和荧光强度与细胞直径的相关性。 实验过程, 首先使用荧光光谱仪来检测肝细胞、 肝纤维细胞以及两种肝癌细胞； 采用去拉曼散射的方法消除背景噪声, 获得五种浓度下细胞荧光光谱； 其次, 使用流式细胞仪检测四种细胞直径的大小, 根据双参数散点图分析四种细胞的直径特点； 最后, 利用高斯多峰拟合对比光谱差异, 并且分析细胞直径对荧光饱和强度变化趋势的影响, 得出细胞大小对荧光饱和强度非线性拟合曲线的影响规律。 光谱实验发现, 在550~750 nm之间, 肝细胞存在两个特异性荧光峰, 第一个峰值位于592 nm处, 第二个峰位于682 nm处, 且前者明显高于后者； 肝癌, 肝纤维细胞除具备与肝细胞相同位置的两个峰外, 在726 nm处出现第三个特异性荧光峰, 并在592 nm处获得最大激发光强, 在726 nm处的荧光峰高于在682 nm处的第二个荧光峰； 结合高斯多峰拟合法对峰值和各峰位置, 以及峰型展宽进行分析。 肝癌细胞和肝纤维细胞三个峰的展宽基本相同, 正常肝细胞最大激发峰展宽略小于另三种细胞, 但是682 nm处的小峰展宽略大于病变细胞； 流式细胞仪实验结果显示, 肝癌细胞直径大于肝纤维细胞大于肝细胞, 同种浓度下荧光强度也是肝癌细胞高于肝纤维细胞高于肝细胞； 利用非线性曲线拟合细胞最大荧光强度随浓度变化曲线, 根据曲线斜率的变化规律, 发现四种细胞的最大荧光强度会随着细胞浓度增大而增强, 但是逐渐呈现荧光饱和状态。 随着细胞直径增加, 最大荧光强度饱和趋势更为明显, 单个细胞自激发效率降低。 结果显示, 将细胞形态学与光谱学有机的融合, 结合两种分析方式, 能提高细胞判断的准确性和有效性。 通过对肝细胞、 肝癌细胞以及肝纤维细胞的荧光光谱特性进行研究, 并结合细胞直径分析荧光饱和变化趋势, 能够为肝病变细胞的研究提供一定的光谱学依据。

为了实现可见光通信系统的探测器模块微小型化, 设计并制作了一款50 cm3的温控APD探测器模块, 并对模块的稳定性、温控效果和噪声特性进行了检测。结果表明, APD探测器模块的光电流测量平均相对偏差为0.795%; APD探测器的雪崩增益和响应度随着温度的降低而提高; APD探测器电阻的变化影响负载电阻分压, 使得过剩噪声因子的测量值远大于真实值, 且会随着入射光功率的增大而增大。可以得出结论: 提高反向偏置电压与降低温控温度相配合, 更有利于弱光信号检测; 检测电路中的负载电阻影响APD探测器噪声特性。

光斑的边缘检测算子对一幅激光光斑的质量有着重要的影响,是激光光斑的后续图像处理和分析的前提。目前,在国内外应用比较广泛的边缘检测算子主要有Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Gaussion-Laplace算子和Canny算子。本文在总结几种典型边缘检测算子的基础上,对比分析了各个算子的优点和不足,对未来算子的改进方向做出展望。

激光测距技术在**、航天、工业等领域发挥着不可替代的作用。光电探测器作为测距系统的核心部件之一,可以探测到极微弱的光信号,并在系统中完成光电转换。本文分析了传统的激光测距方法与其对应的光电二极管和新兴的光子计数技术与其对应的单光子探测器,并对未来激光测距系统中探测器的发展前景进行了总结和展望。

利用热力学方程进行了激光切割AZ31B镁铝合金的仿真实验。激光切割速度为8 mm·s-1时, 试样具有较好的切割质量。开展了光纤激光切割1.0 mm厚AZ31B镁铝合金的工艺实验, 获得了激光功率、切割速度、离焦量对激光切割质量影响的单因素实验数据, 并提出了三因素正交实验方案。1.0 mm厚AZ31B镁铝合金激光切割的优化工艺参数为：激光功率120 W, 切割速度0.5 m·min-1, 离焦量1.2 mm, 与理论计算值基本一致。

根据反恐、战场、安保领域的实际需要,设计了可工作于可见光与红外光波段的昼夜合一的变焦光电瞄准镜的光学系统。系统由可见光物镜和红外物镜、中继系统、合束棱镜及公共目镜系统组成。在分析系统原理的基础上,用Zemax软件进行了光学仿真设计,并对设计结果进行了像质分析与评价。设计结果实现了系统在0.4~0.7 μm和8~14 μm两个波段内可控方式下工作,具有良好的成像质量,并可实现白光6/9倍变焦,视场3.5°~5.5°,出瞳距离70 mm;系统使用棱镜合束和中继系统,实现了目镜共用,从而减小了整机系统的体积和质量,满足了军、警、安保类装备的小型应用需求。