针对光电平台抖动造成图像平移和旋转导致图像模糊的问题，研究了一种基于MEMS 陀螺仪和压电微摆镜的光机电联合稳像实验系统，主要包括MEMS 陀螺仪及控制器、压电微摆镜及控制系统和上位PC 机后处理系统等。通过位于可见光摄像机上的MEMS 陀螺仪及控制器的Kalman 滤波获取当前帧相对参考帧的旋转角度，PC 机同步采集摄像机的视频图像并计算出图像旋转量进行补偿；采用二维灰度投影法对图像二维偏移量进行估计，分离意向运动和随机抖动，得到抖动偏移量，控制成像光路中的压电陶瓷微摆镜进行光机补偿校正；进一步结合参考图像采用数字稳像方法进行第2 次偏移量补偿，实现了对偏移量的大范围和高精度校正，得到清晰图像。实验表明：该系统对角度的稳像精度小于0.4°，对二维平移的补偿精度达到1 个像素，图像帧频达到25 fps，可对存在平移和旋转的抖动图像进行有效的校正。

基于压电陶瓷的微摆镜是一种典型的二维角驱动部件, 微摆镜系统的实用化需要进行微角度的测量, 以便得到驱动电压与微偏转角之间的对应关系。设计了一种基于位置敏感探测器(PSD)的微摆镜角度测试系统, 应用激光自准直原理, 采用两次45°折返式结构, 缩小了系统的体积并解决了传统折返式系统难以精准搭建的问题; 采用多层前馈神经网络法对PSD进行了非线性校正, 修正后整个系统的测量精度可达0.5″, 测量范围为±400″。符合微摆镜角度测量的要求。

由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性, 影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制, 采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先, 采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型, 通过最小二乘法辨识PI模型的参数; 其次, 基于PI模型的可逆性, 求解PI逆模型参数; 最后, 验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据, 在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%, 最大误差为2.45%; 在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%, 最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的, 能够有效地控制快速微摆反射镜。

介绍了多孔径视场重叠的仿生复眼成像系统的性能, 建立了基于微端面光纤面板的多孔径视场部分重叠型复眼的成像视场模型。系统地分析了选用的器件参数如顶面、侧面和角面子复眼间的视场角、视场重叠率、视场重叠距离等参数对系统性能的影响, 并通过实验系统的复眼视场以及视场重叠率的测量验证了模型的有效性。实验测试显示: 本文建立的视场模型与测试结果具有很好的一致性, 系统侧面与角面视场的实测值与理论值的误差分别为3.58%和12%; 顶面与侧面和角面的视场重叠率误差分别为3.33%和5.17%。该复眼成像视场模型为进一步研究复眼成像的目标探测和跟踪理论奠定了基础, 对多孔径视场重叠仿生复眼成像系统的优化设计具有指导作用。

昆虫复眼是一种理想的小型化、多孔径、大视场的视觉系统,具有智能特征,虽然由于每个复眼的孔径尺寸和数值孔径都很小,使昆虫复眼的视力较差,但是其对运动目标却有很高的探测灵敏度,且对光的强度、波长和颜色等都有较强的分辨力。长期以来,人们一直致力于昆虫复眼的特性以及仿生昆虫复眼的研究。对目前常见的复眼类型和现有的各种类型的仿生复眼系统研究进展进行了深入分析,对比了各种类型仿生复眼系统的结构和技术特点,并对仿生复眼系统的发展趋势进行了展望。

分辨力和信噪比是像增强型CCD成像系统的两个最主要的参量.为了分析CCD相机分辨力对像增强型CCD成像系统分辨力的影响，本文分别用一个高分辨力像增强型CCD相机和一个普通分辨力CCD相机分别与相同的中继透镜、像增强器和前置镜头耦合，得到一套高分辨力像增强型CCD实验样机和一套对比像增强型CCD实验样机；在不同照度下测量了两套实验样机的分辨力和信噪比，实验结果分析表明：当照度高于1.84×10－3 lx时，像增强型CCD成像系统分辨力受器件分辨力和信噪比共同影响，高分辨力像增强型CCD实验样机分辨力要高于对比像增强型CCD实验样机分辨力.当照度低于1.84×10－3 lx时，像增强型CCD成像系统分辨力主要受器件信噪比的影响，高分辨力像增强型CCD实验样机与对比像增强型CCD实验样机分辨力相当.

简要介绍了二元光学器件衍射效率的理论计算方法，给出了一些衍射效率的测量方法，在此基础上设计了一套实用的衍射效率测试系统，并针对一个应用在3～5 μm波段的具体红外混合光学系统进行了测试，给出了测试结果，此测试系统对红外混合光学系统的设计加工具有实际意义。