变形测量是大型工程建设与运维的基础性、常规性任务，是实验力学、结构健康监测学科最重要的内容之一，现有测量方法难以精准高效经济地实现大型工程结构大尺度高精度测量需求，迫切需要建立新的测量方法和技术。近年来，以摄像机/照相机为传感器的摄像测量理论手段具有非接触性、精度高、成本低等优势，被逐步应用于各种工程结构测量中。本文结合本团队的相机网络测量方法与系统，综述了单相机、多相机摄像测量系统，介绍了多相机系统的图像采集、相机标定、特征提取与跟踪、变形计算等关键算法，论述了摄像测量技术在长期监测和快速检测领域的相关应用，以及系统稳定性的主要影响因素，最后对大型工程结构静动态变形摄像测量方法与技术的成果和问题进行了总结，并展望了其未来发展趋势。

为了提高智能化光纤复合架空线路态势感知的实时性, 将人工神经网络方法应用于光纤沿线应变解调,确定了神经网络的结构。编程实现了基于洛伦兹模型的最小二乘谱拟合方法和神经网络方法, 采用不同信噪比和布里渊频移的布里渊谱训练神经网络, 将它们应用于某光纤复合架空线路沿线光纤应变的测量, 从不同角度比较了两种方法的计算结果。计算结果表明, 神经网络方法能有效获得光纤沿线的布里渊频移进而获得应变, 具有与谱拟合方法相似的准确性, 但应变解调时间仅约为谱拟合方法的1/20000。研究结果为提高智能光纤复合架空线路态势感知的实时性提供了参考。

基于二维光子晶体的负折射和亚波长成像特性,提出了一种可以实现超分辨成像的共聚焦系统,使用时域有限差分法(FDTD)仿真了共聚焦系统的聚焦和成像的过程。在焦点离光子晶体透镜下表面1.55 μm处,横坐标X=4 μm时,焦点半峰全宽(FWHM)为0.593λ,小于入射波长,此时反射光在右侧像点的FWHM达到0.496λ,实现了超分辨成像,并且随着焦点的右移,像点FWHM不断减小。同时,在针孔和焦点位置不变时共聚焦系统的轴向分辨率达到2.2λ。

在软件定义频谱灵活光网络中, 为了解决网络的能耗效率问题, 满足绿色与节能的网络发展需求, 本文根据光交换节点的可编程特性, 通过OpenFlow扩展通信协议, 利用软件定义频谱灵活光网络的服务架构, 网络中心控制器与应用层控制器协同操作, 提出了面向能耗优化的混合线速率保护方法, 并对传统专用保护方法与所提方法进行了比较。仿真结果表明: 与传统专用保护方法相比, 所提面向能耗优化的混合线速率保护方法能够有效减少软件定义频谱灵活光网络的功耗, 实现不同线速率的光转发器和光再生器优化配置, 解决软件定义频谱灵活光网络的能耗效率问题。

小麦白粉病和条锈病是我国两种最普遍、 最具破坏性的小麦病害, 且田间常常混合发生。 由于病源和发病机理不同, 有必要对这两种病害进行准确区分和识别, 以采取不同的防治措施。 基于ImSpector V10E高光谱成像系统采集的条锈菌侵染叶片、 白粉菌侵染叶片和健康叶片（共计320个）在375～1 017 nm范围内的高光谱图像, 利用高斯平滑等预处理方法得到三种小麦叶片的平均光谱曲线, 发现小麦白粉病和条锈病的敏感波段均集中在550～680 nm的色素强吸收位置, 且趋势基本一致。 针对两种病害的响应波段交叉重叠的问题, 通过主成分分析-载荷法（PCA）、 连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法（CARS）对小麦叶片的光谱信息进行有效降维, 分别优选出3、 6、 30个敏感波段和特征波长; 在此基础上, 采用最小二乘-支持向量机和极限学习机两种分类算法分别基于全波段、 PCA、 SPA和CARS的优选波段, 建立白粉病、 条锈病和健康叶片的判别模型。 结果表明, 8种模型的准确识别率均在94.58%以上。 其中, 主成分分析-载荷法结合极限学习机模型最优, 训练集与校正集的正确识别率分别为99.18%和100%, 且结构简单, 仅含有三个变量（占全波段的1.1%）。 最后, 通过对小麦白粉病、 条锈病以及健康叶片的显微结构分析, 发现病菌入侵叶片, 破环细胞结构, 导致叶绿素含量减少, 光合作用效能降低,进而使得小麦在可见光波段光吸收程度减弱, 反射率增大。 可见, 利用作物的高光谱图像信息能够准确地识别不同类型的小麦病害, 为研发作物病害在线识别的多光谱系统提供重要的理论依据。

由条形柄锈菌引起的小麦条锈病是一种世界性范围内普遍流行的重大病害, 实现其早期检测对病害的有效防控与小麦的安全生产具有重要意义。 旨在实验室环境下分析小麦接种条锈病菌后16天的热红外图像与叶片温度变化, 研究热红外成像技术用于小麦条锈病早期检测的可行性。 实验发现, 随着接种天数的增加, 接种病害的小麦植株较健康小麦, 叶片的平均温度会逐渐降低, 叶片间的最大温差会不断加大。 接种后第6天, 热红外成像技术可观测到小麦条锈病病斑, 较肉眼观察提前了4天。 接种后第16天, 接种叶片的平均温度比健康叶片低2.5 ℃, 最大温差比健康叶片高2.28 ℃。 同时, 通过对健康、 发病以及潜伏期的小麦叶片的显微结构分析, 发现条锈病孢子入侵叶片, 使细胞结构破环, 气孔导度增大, 蒸腾作用加剧, 从而导致叶片表面温度降低。 可见, 热红外成像技术可以对小麦条锈病进行早期检测。

应用于航空的记录系统, 要求具有比地面系统更高的可维护性和可靠性, 体积和功耗也有严格的限制。针对这些要求, 本文提出了基于ATR 加固结构的嵌入式NAND Flash 图像记录系统。系统采用CPCIE 3U 规范设计, 置于1/2 ATR 机箱内, 增强了系统的可靠性和可维护性。通过引入SRIO 高速总线和NAND Flash 存储阵列, 解决了数据的高速实时记录。在此基础上, 详细阐述了系统各板卡的设计。实验结果表明, 该记录系统运行稳定可靠, 记录速度达到912 MB/s, 满足高分辨率航空CCD 相机的记录要求。

LED替代白炽灯和日光灯用于照明已经成为明显的趋势。LED可以同时用于照明与通信的特点，使得可见光通信(VLC)成为了近年来研究的热点。随着计算机和智能设备的迅速普及，接入网的速率和覆盖面需要进一步提高，VLC技术有望成为突破瓶颈的高速数据传输技术。VLC技术发展的主要挑战在于白光LED有限的调制带宽，研究者们已经提出了多种技术，如均衡技术、蓝光过滤、高阶调制格式、离散多音调调制、波分复用技术和多输入多输出(MIMO)技术等，以扩展调制带宽、提高传输速率。对这些技术的原理和性能进行了分析与讨论，以期为未来的研究提供一些参考。

在一些特殊应用场合, CCD相机成像时具有场景不可重复、应用环境多样性等特点, 使得自动调光成为一个研究难点。针对该问题提出了一种基于图像直方图统计的自动调光算法。该算法首先分析一帧图像的亮度分布, 并计算出下一帧图像的最佳均值。然后根据该均值调整下一帧图像的曝光量, 使其合理曝光。实验表明, 利用此方法可以获得整体亮度合适的图像, 同时此方法具备较好的场景适应能力, 满足场景时刻变化时CCD相机自动调光的需求。

由于被动传感器只能获得目标的角度量测，因此杂波环境下基于被动传感器的关联问题较主动传感器更为困难。针对杂波环境下纯方位多被动传感器系统的单目标跟踪问题，提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的模糊综合贴近度关联跟踪方法。该方法采用直角坐标系下多被动传感器系统的扩展卡尔曼滤波对目标进行跟踪。首先利用目标航迹的预测信息，针对每个传感器建立确认跟踪门;在获得候选关联组合后，直接利用角度信息建立各候选关联组合与角度预测值间的模糊综合贴近度，通过在所获得的全部模糊综合贴近度中寻求最优解完成量测到航迹的关联。仿真实验表明，该方法可以有效地解决杂波环境下多被动传感器系统的单目标跟踪问题。