提出和发展了适用于液体(水)环境的光热微驱动技术及光热微驱动机构(OTMA)。建立了水环境中OTMA膨胀臂在激光照射下的光热膨胀模型，基于有限元分析推导出膨胀臂的温升分布公式，并对长度1080 ?m、宽度90 ?m的膨胀臂在4 mW激光照射下的温升分布进行了仿真，理论研究表明了液体环境中光热微驱动技术的可行性。设计与微加工制作了一种对称型OTMA，在波长520 nm、功率可调的激光照射下，首次实现了液体环境中的光热微驱动，实验结果表明膨胀臂的光热偏转量随激光功率的增大而增加。进一步开展了在波长520 nm、有效功率4 mW、频率可调的激光脉冲照射下的光热微驱动实验，结果表明，对称型OTMA在频率0.9 Hz~16.4 Hz的激光脉冲照射下具有良好的动态响应，驱动量(偏转量)振幅在2.6 ?m~3.7 ?m之间变化，随激光脉冲频率的增大而减小。理论研究及实验曲线趋势表明，适当增大激光功率、提高激光脉冲频率，在液体环境中实现更大偏转量、更高频率的光热微驱动是完全可行的。本文研究拓展了液体环境中的光热微驱动技术，为微光机电系统及微纳米技术领域的应用提供了新的方法与途径。

彩色数码相机通常利用目标样本建立色度特征化模型,目标样本将影响相机响应值与色度值之间的映射关系。现有的目标样本选择方法忽略了目标样本的普适性,即基于优化的目标样本建立的色度特征化模型应对任何颜色样本都适用,为此提出了基于均匀颜色样本的数码相机色度特征化目标优化方法。首先,从大量真实物体的光谱反射比中挑选均匀颜色样本,然后,结合色度特征化模型在均匀颜色样本中优化目标样本。实验结果表明,目标样本的优化受数据类型和色度特征化模型的影响,因而得到了不同的优化目标样本,且优化目标样本的色度特征化性能优于典型的目标样本。同时,对于RAW数据,目标样本数量的增加并不一定提高线性色度特征化模型的精度,而对于sRGB数据,较多的目标样本将有利于提升多项式色度特征化模型性能。

为了防止彩色数码反射显微镜的白平衡算法失效,提高图像颜色采集精度,提出了基于非RAW数据的数码相机色度特征化方法。首先,利用色卡中性色块建立基于幂函数的非线性校正模型,将非RAW数据转换为与场景辐亮度线性相关的数据。然后,建立色度特征化模型。最后,通过实验测试非RAW数据校正前后的色度特征化精度,并分析光源亮度变化对非线性校正模型及色度特征化精度的影响。结果表明,校正后的非RAW数据将提高色度特征化精度,对于线性色度特征化模型效果尤为明显。同时,光源亮度改变将引起非线性校正模型以及色度特征化精度的变化,当亮度变化不剧烈时,可采用通用非线性校正模型。

提出了一种基于嵌入式系统和WiFi无线控制的接触模式原子力显微镜(AFM)系统。该AFM系统直接由迷你型移动电源给扫描与反馈电路及嵌入式系统等供电; 嵌入式系统由微型电脑树莓派和微小型AD&DA模块构成, 通过WiFi与笔记本电脑实现无线数据通信。利用这一方法, 成功研发了无线控制式AFM系统, 并开展了微纳米样品的扫描成像实验。实验结果表明, 该AFM系统的横向分辨率达到纳米量级, 纵向分辨率达到0.1 nm, 最大扫描范围为3.6 μm×3.6 μm。该系统的显著特点是无需交流市电供电, 无需直流高压电源, 也无需与计算机之间的线缆连接, 可在约100 m远处通过无线控制的方式实现AFM的扫描成像。这一新型AFM系统, 不仅能够在微纳米技术的常规领域得到应用, 而且在野外考察、隔离环境、真空条件、气体氛围环境及星际探测等特殊领域具有广阔的应用前景。

为了实现实时数字全息显微观测,采用数字全息并行算法达到实时再现要求。首先根据设计的数字全息显微镜光路结构,充分利用图像传感器空间带宽积,通过实时记录方案采集全息图、物光强及参考光强以消除0级;然后通过设计的并行再现软件,将采集到的图像均匀分割为4个区域,交由4个进程分别同时计算,每个进程实现对应区域的全息图再现后,将每个再现结果再均分成4个区域,并将对应区域重新组合成4组数据交由4个进程分别同时进行叠加,计算相位及强度;最后将4个进程计算得到的相位、强度重新拼接成完整的再现强度及相位图。结果表明,系统的数据采集和图像再现速度达到了18frame/s。该设计系统实现了实时全息显微观测。

提出了一种用于数字全息显微术的可靠度导向快速相位展开算法。对可靠度参数进行非线性量化，结合查表法实现数字全息再现像的相位可靠快速展开。在截断相位图中找出残差点，以残差点的物光强度最大值为阈值，将测量区域分为可信区域和非可信区域。将可信区域的可靠度设为最大，非可信区域的光强进行量化，作为其可靠度。这样制作了一张非线性质量图。利用该质量图，结合查表洪水算法进行相位展开。实验中，采用非线性查找表的相位展开算法比传统洪水算法快68倍以上，比枝切法快近3倍。结果表明，该算法在保持高质量相位展开的情况下大大提高了速度。

本文提出和发展了一种多扫描方式的新型原子力显微镜 (AFM)技术及系统。该系统拥有三个不同的扫描器, 以相互组合的方式实现三种不同的扫描方式, 由管状压电陶瓷驱动的柔性结构扫描器, 采用样品扫描方式, 对于小尺寸样品能够提供高分辨率的快速扫描; 由叠层式压电陶瓷驱动的扫描器, 采用探针扫描方式, 提供各类样品的大范围扫描; 由步进电机驱动的扫描器, 采用样品扫描方式, 能够实现大尺寸样品的大范围扫描。三种方式的单幅图像扫描范围可分别达到 4 μm×4 μm、20 μm×20 μm、40 μm×40 μm。实验结果表明, 借助于上述多扫描方式及独特的结构设计, 该 AFM不仅具有分辨率高、扫描速度快、重复性好等优化性能, 而且能同时实现各类尺寸样品的各种扫描范围的微纳米成像, 具有更好的实用性, 可望在微纳米技术领域获得广泛应用。

研究和发展了一种将微区拉曼（Raman）光谱检测与原子力显微镜（AFM）微纳米扫描成像相结合的新型Raman-AFM技术。 设计了Raman光谱与AFM扫描成像的原位检测探头； 研制出相应的Raman-AFM系统； 利用该系统， 对ZnO纳米颗粒和TiO2纳米薄膜开展了微区Raman光谱与微纳米结构的检测实验。 研究表明， 所获得的Raman光谱检测结果与理论值良好吻合， 同时， AFM扫描检测得到的图像很好地表征了样品的微纳米结构， 从而实现了微区Raman光谱与AFM图像的原位及同步检测， 验证了这一技术的可行性， 为Raman光谱技术与微纳米技术领域的实际应用提供了技术基础。

为了满足日益增长的商品防伪需求,研究设计了一种补色法随机点立体防伪商标制作系统。将CCD拍摄的实际商标图像输入计算机,通过VC++编程提取商标像素点的灰度值作为横向视差值(对应于深度值);由此产生一幅滤去蓝绿色的红色随机点背景图(左眼图)和另一幅包含商标深度信息的绿色随机点图(右眼图);最后将两幅随机点图叠加,制作出一张补色随机点立体商标图;用红—绿滤色眼镜观看,即可观察到逼真的商标立体效果。采用这一方法及系统,设计制作了多种随机点立体防伪商标图案,得到满意的实验结果,为实际应用提供了技术基础。