高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转（NPR）锁模的掺镱（Yb）光纤激光器，在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列，当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波（2.86 GHz）锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下，脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声，7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10⁻¹³ Hz@1 s的稳定度，为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。

无衍射光束由于其中心光斑尺寸小、传播中无衍射等特性被广泛关注。提出了一种相位全息图产 生任意阶次和位置的无衍射光束阵列的方法。设计具有相同特征值的相全息图阵列,即阵列中每幅相全 息图在频谱面上产生相同半径的亮环,并把相全息图阵列写入空间光调制器,由于傅里叶变换平移不变 性,相全息图阵列在频谱面上仍产生唯一能量集中的亮环,通过环形滤波器将其滤出,再次进行傅里叶变换, 便得到无衍射光束阵列,并且每个无衍射光束的位置和阶次都可以任意设置。理论分析和实验均证明了 该方法的可行性。

描述了一种利用光学全息及半色调技术的二维条码的编解码方法。 与传统的二维条码编码方法相比, 该方法利用光学全息的方法对信息进行编码和解码,避免了传统二维条码复杂的编解码流程,而且 可以利用全息固有的特征提高其数据存储能力和纠错能力。此外,在编码过程中引入半色调技术减少二维条码在打印 过程中的信息丢失。根据上述原理,实现了全息二维条码的编解码,计算仿真和实验均证明了该方法的可行性。

提出一种基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式三维数字成像系统设计方案。该方案的硬件平台由条纹投影模块、数据采集模块、条纹自动分析模块及储存器等其他辅助电路组成。条纹投影模块将DSP输出的正弦光栅条纹, 经视频编码后用DLP投射到物体表面; 数据采集模块通过CCD相机采集被物体表面三维信息调制后的变形条纹图, 并进行视频解码; 条纹自动分析模块中利用相移算法计算折叠相位, 再结合相位展开算法求绝对相位分布。系统软件采用多线程技术并行控制三个模块。在相位解调过程中以软件流水线为主综合运用了循环展开、数据预取和内联函数等多种方法优化解调程序。实验结果表明, 该系统可以高速、准确地实现三维轮廓测量,优化后相位展开程序速度是优化前的7倍。

提出一种新的基于信息光学的数字水印方法。该方法将水印信息隐藏于半色调编码的计算全息图之中。通过相位复原技术将需隐藏的水印信息编码为相位函数嵌入在复波前中,其振幅定义为宿主图像,通过计算全息记录复波前并对全息图进行半色调编码完成水印信息的嵌入。水印的提取过程只需对含有水印信息的半色调图像进行光学或数字的傅里叶变换即可完成。并给出了算法有效性的理论分析和仿真实验结果。结果证明这种水印技术对于各种数字图像处理操作具有很高的稳健性,且半色调编码图的二值特性使嵌入水印具有很强的抗打印、抗复印、抗扫描的能力。

为校准多视场深度数据, 提出基于条纹投影的三维数字成像系统的多视点姿态估计方法。该方法至少在两个视点分别向被测物体投射出一组正交条纹图, 利用条纹投影和相位重建技术, 将相位图映射为物体的三维空间坐标。进而, 利用投影仪的投射过程是摄像机成像过程的逆过程, 建立投影仪的投射平面和摄像机的成像平面的对应关系, 将“极线几何约束”应用到基于条纹投影的主动三维视觉的姿态估计问题, 并在考虑测量数据受噪声影响的条件下, 建立了求解视点姿态参量的数学模型。通过优化求解非线性方程可以获得多视点的姿态估计参量。所设计的实验及结果证明了所提出方法的有效性。

提出一种基于位错点阵编码三维成像系统的标定方法．首先在物空间建立三维数据基准，然后通过基准传递的概念标定摄像子系统，再通过建立摄像子系统坐标系与投影子系统坐标系之间的约束关系，将标定后的摄像子系统的准确度传递到投影子系统坐标系．摄像子系统坐标系与投影子系统都具有标定的准确度之后，可以根据位错点阵编码三维成像技术的解码算法获得深度图像空间坐标的计算值，然后将其与物体空间的三维标定数据基准进行比较，建立目标函数为误差平方和最小的非线性优化方程．通过迭代求解这个优化方程，最终获得三维系统的结构参量．实验结果表明，经过三维标定的位错点阵编码三维成像系统，对300×300×80mm³的测量体积内，可以获得X方向的标准差为0．29mm和Y方向的标准差为0．24mm，Z方向的标准差为0．29mm的测量准确度．

为解决拓扑复杂物体三维数字化过程中的绝对相位测量及相位重建问题,提出了一种广义变频条纹图序列的相位展开算法。简要综述了现有的各种时间维相位展开算法并指出这些算法存在的问题,在此基础上,详细分析比较提出方法与正指数条纹序列算法的噪声免疫力和时间复杂度,证明该方法有更高的噪声免疫力和更低的时间复杂度。特别是,当相邻编码条纹图的条纹数之比不等于2时,正指数条纹序列算法出现严重噪声,而提出的方法依然能够正常工作。此外,该算法还能够根据实际情况决定需要投影的条纹频率,从而能够使用相对较少的条纹编码图像进行有效的相位展开,进而提高系统的实时性。理论分析和实验结果都证明了提出算法的有效性。

基于相位映射的三维传感技术对几何形状和拓扑结构复杂或表面梯度很大的物体进行绝对相位测量及相位重建仍然是一个困难的问题。近年来国际上提出了一种时间维度相位重建算法可以对此提供一种解决方案。然而，该算法对结构光照明系统提出了很高的要求，当系统无法满足算法要求时，重建结果存在严重的噪声。针对这一问题，提出了一种利用分段函数构造的相位解码的时空重建算法。该算法在相位重建过程中同时考虑时间维度和空间维度相位的相对关系，使得空间频率非严格按指数增长的条纹序列可以得到正确的重建，消除了跳变边界的相位模糊问题，从而可以更加有效地解决深度表面不连续和存在相互孤立物表面拓扑结构的景物相位重建问题。实验结果证明了此算法的可行性和有效性。