本文采用还原氛下的高温固相法合成了荧光粉Sr5(PO4)3F∶Eu2+并对其性能进行了表征, 同时研究了助熔剂硼酸对该荧光粉的影响。结果表明: 在1200 ℃还原氛下制得的荧光粉Sr5(PO4)3F∶Eu2+, 激发峰位于418 nm, 发射峰位于524 nm, 是能与近紫外光LED相匹配的蓝绿色荧光粉。Eu2+的最佳掺杂浓度为 15mol%, 对应的色坐标为(0.2871, 0.4036)。添加助熔剂H3BO3可以使荧光粉Sr5(PO4)3F∶Eu2+的合成温度由1200 ℃降低到1100 ℃, 最佳掺杂浓度为5wt%, 同时可以增加荧光粉的发光强度。

为了完成对精密机械表面粗糙度的精确测量, 基于远场角度散斑强度的相关理论, 采用激光散斑方法设计了表面粗糙度测量的实验光路。在实验光路中, 将平面镜与待测粗糙表面固锁在一起, 当转动待测粗糙表面时, 平面镜与分束镜、接收屏组成了测量转动角度的光指针, 提高了转动角度的测量准确度。在数据处理中, 提出了基于MATLAB软件的角度散斑相关度峰值的计算方法, 简化了测量步骤, 提高了测量速度, 进而利用相关度峰值计算求得表面粗糙度。利用设计和组建的系统对平铣表面粗糙度标准模块的表面粗糙度进行了实际测量, 并对测量结果与标准样块的标称值进行比较, 取得了较高的测量准确度。结果表明, 此研究验证了激光散斑方法测量表面粗糙度的可行性, 对进一步完善表面粗糙度的精密测量是有帮助的。

光电混合联合变换相关器可以实现光学图像的探测、自动识别、实时跟踪和高精度定位。但当实际的目标图像对比度低、背景噪音大时, 相关峰对比度降低, 甚至没有相关峰。文章将空域直方图均衡化与频域滤波器相结合, 提高了目标图像的对比度, 减小了背景噪音, 获得了尖锐的相关峰, 解决了复杂背景低对比度目标图像的识别问题, 获得了很好的实验结果。大量的计算机模拟和光学实验表明, 相较于其他复杂的算法, 该算法简单、实现速度快, 效果良好。

为了满足刑侦过程中紫外光学系统远距离搜索、近距离拍照的需求,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外机械补偿变焦光学系统,其中焦距为40mm～80mm,F数为4,工作波段为0.24μm～ 0.28μm。选用S88440909型2.54cm紫外CCD,像元尺寸为24μm×24μm,对应视场角为6°～12°。系统由7块透镜组成,结构简单、体积小巧。结果表明,在整个变焦范围内,后截距10mm处,截止空间频率21cycles/mm时,各视场的光学调制传递函数均在0.7以上,接近衍射受限曲线,畸变小于5%,像质优良,像面稳定。该设计能满足光学系统的总体设计要求。

基于激光测距和红外目标探测需求，设计了激光/红外共光路无热化光学系统。根据用户要求，系统参数设计如下：焦距为150 mm，F 数为2，工作波段为1.57 μm 和3~5 μm 。1.57 μm 激光波长选用RS-RTM-31243-001-C1型InGaAs 光电探测器；3~5 μm 红外波段选用ULIS 公司的2/3 inch(1 inch=2.54 cm)红外探测器，对应全视场为4.2°。像质评价结果表明，在温度-50 ℃~70 ℃范围内，1.57 μm 激光波长各视场点列图均方根半径最大为8.166 μm ，远小于探测器有效接收半径75 μm ，能量集中度高；在截止频率15 lp/mm 处，3~5 μm 红外波段各视场调制传递函数(MTF)均在0.78 以上，接近衍射受限曲线，像质优良，结构简单，满足用户提出的总体设计要求。

为解决目标识别技术中混合畸变目标的识别难题, 提出了一种面积极坐标变换算法.该算法利用相似图形尺寸与面积的满射函数关系和极坐标变换的旋转不变特性, 对目标与模板同时进行面积变换和极坐标变换.将面积极坐标变换算法与基于形态学膨胀的边缘加粗处理算法相结合应用于光电混合联合变换相关器, 实现了大尺度混合畸变目标的识别.以空中飞机为例, 光学相关实验表明, 该方法可显著提高混合畸变目标的相关峰强度, 旋转畸变容差为0°~100°, 比例畸变容差为100%~200%, 具有较大尺度的混合畸变容差, 扩大了识别范围.其混合畸变识别能力优于极坐标对数变换算法与综合鉴别函数法其衍生方法, 其“时间复杂度”远小于综合鉴别函数及其衍生方法.

基于电晕检测过程中要求紫外光学系统大视场搜索、小视场探测的需求，针对工作波长范围为0.24~0.28 μm 的日盲区紫外波段，设计了“日盲”紫外机械补偿变焦光学系统。根据用户要求，其焦距为30~60 mm，F 数为3.5，选用PIXIS型1024BUV 1 inch(1 inch=2.54 cm)紫外CCD，像元尺寸为13 μm ×13 μm ，对应视场为8°~16°。系统由8 片透镜组成，引入两个非球面，使系统具有结构简单、成本低等优点。像质评价表明，在截止频率38 lp/mm 处,各视场的光学调制传递函数均在0.7 以上，接近衍射极限，畸变小于3%，在整个变焦范围内像质优良，满足用户总体设计的要求。

基于数字散斑剪切干涉术的原理, 研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法, 使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图, 减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失, 实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程, 控制剪切散斑干涉图的精确定向平移, 得到了4个干涉图, 实现了数字四步相移, 代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移, 从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程, 也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明, 该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程, 也提高了测试精度, 其精度可达到1/10波长。

通过对多种畸变目标识别算法的研究, 对用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)滤波器进行了改进。利用MACE滤波器算法的基本思想构造滤波器函数, 在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取, 并对联合图像的功率谱进行了拉普拉斯锐化, 成功实现了在联合变换相关器中对旋转目标图像的探测和识别, 提高了畸变图像相关峰的亮度, 拓展了联合变换相关器的探测和识别的范围。作为实例, 对旋转战机目标图像进行了计算机模拟实验和光学实验, 验证了该算法的可行性。

根据太赫兹探测成像用户的需求，设计了一种适用于太赫兹波段的光学系统。其焦距 为50 mm，F数为1，工作波段为50 ～ 100 μm，接收器为非致冷型IRM160A红外探测器，全视场角为11.9°。该系统 采用共轴式结构，由3片球面透镜和1片CCD保护玻璃组成，并使用了Topas COC新型材料。另外还引入了1个非球面， 以实现系统结构简单、重量轻和成本低的目标。设计结果表明，当截止频率为10 cy/mm时，该光学系统的调制传递函 数接近衍射极限，各个视场的点列图均方根半径均远小于艾里斑半径，并具有良好的成像质量，因此能够满足太赫 兹光学系统的总体设计要求。