激光诱导击穿光谱(LIBS)因其无需制样、 样品损伤小、 可在线检测以及检测速度快等优点被广泛应用。 激光诱导等离子体是一个十分复杂的物理过程, 受多种因素的影响, 激光入射角是其关键影响因素之一。 脉冲激光入射角的改变会直接改变脉冲激光在样品表面的聚焦光斑形状, 导致脉冲激光照射在靶材表面的功率密度发生改变, 直接影响到脉冲激光诱导等离子体过程, 脉冲激光与靶材法线所成角度的改变还会直接影响等离子体扩散过程。 尽管脉冲激光入射角是激光诱导等离子体过程的关键影响因素之一, 但是在低压环境下, 脉冲激光入射角对激光诱导等离子体过程的影响研究较少, 对激光等离子体的影响仍不明确, 对激光等离子体影响的内在机制还需更加深入的研究。 首先研究了激光入射角对脉冲激光在靶材表面形成的聚焦光斑的影响, 实验和仿真的结果都表明脉冲激光在靶材表面的聚焦光斑尺寸随着入射角的增大而增大, 导致相同激光能量下脉冲激光的功率密度下降; 其次, 采用同轴成像的方式研究了不同气压下激光入射角对激光等离子体的影响, 实验结果显示激光等离子体中心辐射强度会随着入射角的增大而减弱。 当激光入射方向与靶材表面法线成0~15°时; 脉冲激光入射角对激光等离子体中心辐射强度影响较小, 辐射强度降低仅为3.05%, 当激光入射方向与靶材表面法线成60°时, 辐射强度降低可达25.415%, 对激光等离子体中心辐射强度有着较为明显的影响。 最后, 对处于气压10-4 Pa下激光从不同角度入射所产生的激光烧蚀坑进行了微观结构分析, 分析结果表明靶材烧蚀量会随着入射角的增大而增加, 但靶材烧蚀效率, 即单位光斑面积靶材烧蚀量, 则会随着入射角度的增大而下降, 这解释了激光等离子体中心辐射强度随入射角增大而减弱的现象。 该工作有助于理解激光入射角对激光等离子体的影响, 为优化LIBS实验参数提供参考。

为实现激光诱导击穿光谱技术对变压器油中铁颗粒含量的准确定量检测，本文提出了一套光谱处理算法。该算法基于特征峰的稀疏性建模并结合凸优化规则改进数值迭代过程，以实现低通基线估计和特征峰分离；进一步，用目标分析线对光谱进行降维，并依靠基于袋装决策树的集成分类器完成烧蚀点的二分类。滤波器截止频率、滤波阶数、不对称比例、正则化参数分别取0.15、1、6、0.8时，基线估计及Fe特征谱线强度的准确性高；袋装决策树集成分类器对降维后光谱的识别准确率高达98.33%；有效点的光谱校正强度与Fe颗粒质量比的线性相关系数为0.9983。所提方法能精确实现特征谱线的提取和有效点筛选，保证油中Fe颗粒质量比定量检测的准确性。

激光诱导击穿光谱已被广泛应用于物质分析，但是目前的研究多关注于靶材料元素，极少有对环境气体元素进行分析的公开报道，而激光诱导等离子体与环境空气混合的过程对于理解等离子体膨胀过程极其重要。鉴于此，本团队研究了激光诱导击穿光谱中靶材元素铜和气体元素氮、氢、氧的特征光谱随环境气压、延迟时间变化的规律。实验结果表明：铜元素的特征光谱强度与环境气压不呈单调关系，气体元素的光谱强度与环境气压呈单调关系，其中氮元素只有在环境气压大于10 Pa时才可以探测到，氢和氧元素可以在10^-2 Pa时探测到；气体元素的光谱强度随环境气压升高而单调增强，随延迟时间增加而快速下降，信噪比随延迟时间增加而先增大后下降。本工作有助于促进对激光诱导等离子体膨胀过程的理解和实验参数的优化。

对红外与可见光图像融合过程中出现的融合时间较长、细节信息提取不足的缺点，提出一种局部化非降采样剪切波变换（Local Non-subsampled Shearlet Transform，LNSST）的红外与可见光图像融合提升算法。对红外图像和可见光图像采用LNSST 域算法进行多层次、多方向的分解，得到低频子带系数和各带通方向子带系数。低频部分使用基于灰度突变度的权值平均的融合规则；高频部分采用区域纹理平滑度和拉普拉斯能量和相结合的融合方法，然后对低频融合系数和高频融合系数进行LNSST 逆变换得到融合后的图像。用不同的算法进行验证结果显示本文提出的融合算法生成的融合图像细节更多、更清晰，执行时间相对较短。

利用大气压脉冲微放电剥蚀源对铝合金进行光谱分析。 该针板结构微放电装置具有价格低廉、 操作便捷、 分析快速等特点。 脉冲放电能瞬间注入极大的放电能量, 不致使样品融化, 进而保证放电的稳定性。 在几微秒的时间内, 对钨针电极施加近-4 000 V的高压, 电极间迅速形成放电通道, 针尖和样品之间形成高达20 A的电流, 造成对样品的剥蚀, 并对被剥蚀的粒子进行激发。 单次放电脉冲注入能量约为85 mJ, 能量以电流的形式传递于放电电极。 剥蚀形貌图表明放电微等离子体局域在电极间隙, 针尖轴向上的能量传递和电流密度远高于离轴区域。 为了深入研究剥蚀机制和物理性质, 对等离子体源的电学特性进行了讨论。 通过精确的时序拍摄技术观测了等离子体的演化过程, 从ICCD相机的快速成像结果可以看到等离子体源寿命与脉冲高压放电源的脉宽相当, 发光强度与放电电流变化趋势相吻合。 与光谱分析装置相连接, 脉冲微放电剥蚀源可有效激发合金样品中的铝、 镁、 锰、 铜等元素原子谱线。 对放电过程等离子体光谱特性进行考察, 利用玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算等离子体电子温度和电子数密度, 分别得到过程中等离子体电子激发温度约6 700 K, 等离子体电子数密度约1017 cm-3量级, 并验证了放电处于局域热平衡状态。 探究其定量分析性能, 结果表明该脉冲微放电等离子体直接作为一种光谱分析源可实现对铝合金样品快速定量分析。

原子光谱技术作为现代分析检测技术中的一个重要组成部分, 在分析领域中占据着举足轻重的地位, 而其发展也反映了分析技术的不断改革与创新。 综述了中国原子光谱技术近15年来(2000年—2014年)的研究与应用进展。 内容涉及原子光谱的多个分支领域, 包括原子发射光谱(atomic emission spectrometry, AES), 原子吸收光谱(atomic absorption spectrometry, AAS), 原子荧光光谱(atomic fluorescence spectrometry, AFS), X射线荧光光谱(X-ray fluorescence spectrometry, XRF)以及原子质谱(atomic mass spectrometry, AMS)五种原子光谱技术, 重点关注各技术在检测方法上的创新及其在环境样品、 生物样品、 食品饮料以及地质材料等相关领域中的应用, 并对原子光谱分析中利用到的各种联用技术进行了简要介绍。 最后展望了今后我国原子光谱技术的发展方向。

提出了一种三维矩阵的奇异值分解算法, 该法适合处理具有三维矩阵数据的模式识别和分类模型等领域实际问题, 该算法与二维矩阵奇异值分解算法类似, 通过求解约束条件极值问题获得, 该算法与已有的三线性分解算法比较, 相对简单, 计算速度快, 适合处理数据量大的实际问题, 该算法也很容易推广到更高维阵列的光谱数据。

近年来, 自动掌纹识别方法的研究吸引了越来越多的关注, 已有的工作主要集中于二维掌纹识别。然而, 二维掌纹图像存在着易伪造、抗噪能力差的缺陷, 实际应用中会带来潜在的安全隐患。因此, 三维掌纹识别被视为一种可行的解决方案来进一步提高识别的性能。基于局部纹理特征, 本文提出一种有效的三维掌纹识别方法。该方法首先利用形状指数来描述三维掌纹的局部几何特征, 接着提取形状指数图像的局部三值模式以及 Gabor小波特征, 最后在匹配分数层次上对这两种互补的局部纹理特征进行融合, 随后的实验证明了融合特征较单独特征要好。在香港理工三维掌纹数据库上的实验结果表明, 本文方法在识别率上要优于目前流行的其它三维掌纹识别方法, 从而验证了本文方法的有效性。

本文利用便携式拉曼光谱仪并结合显微拉曼光谱仪对几件清末彩瓷的拉曼光谱进行了研究。根据谱峰分析, 这几件晚清彩瓷中暗红色釉料均为Fe2O3; 浅红色和绿色彩釉的主要原料是碱式碳酸铜, 是由于工艺不同而导致铜化合物显色不同; 青黄色颜料的主要原料则是复合铅锡锑黄釉料。

全球电信骨干网的单通道传输速率已经向40 Gbit/s甚至160 Gbit/s发展，光纤作为主要的传输线路，其损耗和色散阻碍了通信传输距离和容量的扩展。为了适应现有通信网的发展需要，文章结合当前流行的现场可编程门阵列(FPGA)技术，基于硬件描述语言实现了光纤技术中的偏振模色散(PMD)自适应技术，保证了PMD自适应补偿技术的稳定性。