针对共聚焦型激光诱导荧光检测技术对微米尺度微流控芯片沟道检测存在对焦困难，检测精度受离焦影响严重的问题，本文提出了一种利用液体透镜连续变焦实现微沟道自动对焦的激光诱导荧光检测装置，并针对系统设计了基于图像清晰度评价的自动调焦算法。装置根据采集的微流控芯片沟道图像自动调整聚焦点位置，保证最优的激发光与诱导荧光收集。实验结果表明：本文设计的激光诱导荧光检测装置可实现对微流控芯片沟道的快速自动对焦，波动范围在0.5%之内，变异系数为1.5‰。它为提高微流控芯片的检测精度和设计灵活性提供了可能。

针对现有手掌静脉认证系统误拒率较高以及不支持大数据集匹配的问题，设计了基于透射式光源的双目视觉静脉三维点云重建装置，提出了基于三维点云匹配的手掌静脉认证算法。系统使用850 nm 透射式发光二极管(LED)光源作为照明装置，由双目摄像机拍摄静脉视差图像进行三维重建。选择手掌静脉作为特征点描述其空间三维结构，提出了一种改进的内核相关性分析方法匹配三维点云。针对200 组点云数据的实验结果验证了该方法的可行性和有效性，识别率达到了98%，误拒率2%，误识率0%，总特征维数约8000 至12000 维，高于尺度不变特征变换(SIFT)，支持对大数据集的认证识别。

以堇青石、SiC、Cr2O3、TiO2、SiO2为原料, 与磷酸盐胶粘结剂配料混匀后, 经机械搅拌制备红外辐射涂料, 采用刷涂的方式在高铝砖基体表面制备红外辐射节能涂层。采用 TG-DSC研究分析红外辐射粉末的热稳定性, 利用涂 -4杯和漆膜附着力测定仪对涂料的流动性能和涂层与基体的结合强度进行表征, 采用空冷和水淬方式研究涂层的抗热震性能, 并探讨了碳化硅的含量对涂层红外发射率的影响。研究结果表明: 胶粉比为 2:1时, 获得的涂料均匀, 流动性最好; 以磷酸盐胶粘结剂制备的红外辐射涂料经 1100℃以上高温瓷化后, 红外辐射涂层与基体的结合力增强, 涂层抗热震性能良好; 碳化硅含量为 40%时, 制备的复合红外辐射涂层具有最优的红外辐射性能。此外, 在炭砖焙烧窑上使用该红外辐射涂料后, 炉内温度提高了 128℃, 降低能耗 8%左右。

为了解决具有大畸变内窥镜标定的标志点提取困难和人工参与较多等问题, 提出了一种简单快速准确的棋盘格标志点提取方法。该方法是采用粗提取和优化来完成棋盘格标志点的提取的: 首先利用高斯滤波去除图像噪声, 并计算两次图像的梯度特征, 利用梯度极值约束得到粗提取的角点; 然后利用棋盘格标志点的对称特点消除噪声点的影响, 并得到优化的角点位置。实验结果表明, 该方法简单易行, 计算量小, 不需要人工干预即可获得全部标志点, 反投影误差小于0.2pixel。

立体匹配算法是三维重建的关键步骤。由于实际场景中经常存在大片灰度相近的区域, 稠密三维重建存在计算时间长、实时性差的问题。采用了场景的轮廓来重建场景的方法。基于场景中相邻点之间的视差应当是连续的假设, 解决了轮廓在匹配时存在的“噪点”的问题, 利用动态规划法对轮廓上各个点的视差进行约束以及求解最优解。由于提取轮廓后需要匹配的点数大为减少, 用时可减少为原来的10%, 得到与场景一致的轮廓视差图。

介绍了基于双平板剪切干涉的阵列光镊系统的基本原理以及采用微流控芯片制备技术制作阵列光镊样品池的方法，并通过实验验证了阵列光镊系统可以有效实现颗粒捕获和移动的功能。双平板剪切干涉法利用多光束干涉原理，可实现高亮度、边缘清晰的明暗条纹，确保捕获颗粒所需的光学梯度力；条纹的周期易于调节，具有较大的灵活性。采用基于化学刻蚀法的玻璃微流控芯片制作方法具有较好的光学性能、力学性能和电绝缘性，且玻璃芯片对蛋白的吸附较小，适合细胞以及蛋白质等生物大分子的实验。阵列光镊与微流控芯片分析技术结合，可发挥样品用量少、效率高等优点，有望成为微纳尺度分析技术中的重要手段。

研究了基于双平板剪切干涉形成阵列光镊的装置, 并将其应用于聚苯乙烯颗粒的捕获, 此技术有望成为一种新型的细胞等生物颗粒的分选方法。首先对传统光镊理论进行修正, 确定适合本研究方案的理论模型, 并对模型中的具体参数采用Matlab软件进行仿真分析。根据理论分析的结果确定相关光学元件参数, 搭建阵列光镊系统。通过调节两干涉场之间的叠加角度, 可以获得不同分布特点的二维阵列光镊。将该系统用于颗粒捕获实验, 成功实现对6 μm聚苯乙烯小球的捕获, 证实系统设计方案合理可行。

介绍了光镊的原理及近年来发展起来的各种阵列光镊技术，探讨了阵列光镊技术在不同学科领域的应用。