针对圆光栅安装倾斜、光栅变形等因素造成的精密减速器检测仪测角系统精度降低，传统误差补偿方法采样点数受多面棱体工作面限制，导致补偿效果不足的问题，提出一种多数据关联的误差补偿方法。采用自准直仪结合正24面棱体对圆光栅测角误差进行标定，通过改变多面棱体与圆光栅在周向方向上的相对位置，得到多组测角误差标定数据。利用误差谐波法对多组测量数据进行预处理，将不同组数据关联，并代入BP神经网络中训练，得到圆光栅测角误差模型。该方法无需计算补偿式，能够克服误差谐波法在样本点过多时易产生拟合震荡的问题。实验结果表明：本文所提出的补偿方法残差峰峰值在0.94″内，标准差为0.25″，分别减小至误差谐波法修正后的33.3%和37.9%，有效提高了圆光栅测角系统的精度，使减速器检测仪测角精度达到亚角秒级。

针对在线式红外测温仪的测温精度易受环境温度影响, 导致测温误差增大的问题, 提出一种基于环境温度的红外测温补偿方法, 以减少测温误差。首先根据红外测温原理, 搭建了红外测温实验平台, 获取了不同环境温度下的测温数据; 然后利用最小二乘法原理对提取的测温误差均值进行误差-环境温度的曲线拟合, 得到了红外测温补偿模型; 最后对其进行了实验验证。实验结果表明, 使用该补偿模型对红外测温数据进行补偿, 得到的红外测温值与真实目标温度值的最大相对误差为0.29%, 说明提出的补偿方法降低了环境温度对红外测温的影响, 有效提高了红外测温精度。

针对自由曲面面形干涉测量的需求, 提出了一种部分补偿干涉测量的可变形镜面形设计的优化方法, 以克服多变量优化易陷入局部最优以及无法有效约束可变形镜行程的问题。方法基于光线追迹原理建立自由曲面光学仿真系统, 采用泽尼克多项式表征可变形镜面形, 通过计算面形矢高约束其表面行程; 以像面波前为优化目标, 构建带约束条件的最优化求解问题模型; 基于节点像差理论完成优化变量的筛选, 结合模拟退火算法寻找全局最优解。针对典型自由曲面, 设计了基于可变形镜的折反射式部分补偿器, 仿真结果表明方法可以将系统的剩余波前峰谷值从32.20λ降到6.55λ, 剩余波前斜率最大值从0.53(λ·pixel-1)降到0.11(λ·pixel-1), 满足部分补偿检测的要求。

针对相位调制型超弱光纤光栅水听器阵列解调过程中发生的相位翻转现象, 提出了一种基于独热码编码的有限状态机相位补偿方法, 用来在现场可编程逻辑门阵列中对翻转信号进行实时修 正.将解调信号相位及其补偿条件设计在独热码编码的有限状态机中, 通过状态机内部状态的即时转移, 实现高时钟速率下光纤干涉系统解调信号的相位补偿.对多种相位补偿方式在功能仿真和实验 测试中的功耗、占用资源及时序等进行对比分析, 结果表明基于独热码状态机的相位补偿方法, 不仅可以正确地解决相位翻转问题, 保证信号的完整性, 同时还可以增加信号解调动态范围, 使系统 的逻辑延迟降低6%, 在水声光纤传感解调系统的高吞吐率和高时钟频率应用环境下具有一定优势.

由于从一个彩色图像中可以提取多个条纹,复合条纹投影技术在三维测量领域得到了广泛的研究和应用。为了覆盖所有的光谱范围,投影和成像系统颜色通道间存在着串扰,从而改变了条纹的形状,最终影响三维数据测量的精度。综述了彩色复合条纹投影三维测量系统中颜色通道间串扰的补偿方法。针对彩色条纹投影系统中相机和投影仪颜色通道间的串扰问题,分析了其形成原因。对彩色条纹投影三维测量系统的串扰消除方法进行了分类和总结,并具体比较了各种方法对串扰消除的效果。所综述的方法对选择合适的串扰消除方法、提高彩色复合结构光投影三维测量系统的精度具有重要的应用价值。

噪声处理技术是结构光测量中的一个很重要的技术。投影光强在低环境光照强度下呈现指数传播特性,存在严重的噪声,降低了结构光测量的精度。为了解决此问题,提出了一种基于π/3相移的噪声补偿算法。经过相移,信号的强度反转,噪声强度相应反转,相移前和相移后的噪声叠加取平均,就可以达到噪声补偿的效果。实验表明,该算法简单易用,可以大大消除乘性噪声,提高测量的精度。

神经元是生物神经系统结构与功能的基本单位,它通过放电活动对信息进行编码、传递和整合,在生命活动中起到重要作用;基于神经元放电活动的动力学本质和相位成像技术,探讨对活细胞及其内部亚结构进行无损、免标记成像的方法,根据神经元模型的相位信息对其静态形态特征和放电行为的动态表征进行研究;运用光学成像仿真技术建立神经元相位模型并获得其相位分布信息,从相位函数的物理意义出发分析模型的亚结构特征;考虑放电活动中样品胞内离子浓度变化对其折射率及相位信息的动态影响,初步探讨用相位信息直观表征该动态过程的方法;对于该较复杂的非均质相位体模型,引入异质对比补偿思想,免相位解耦地获得样品亚结构局部的静态形态信息及其动态放电活动的相位表征结果,并通过仿真分析验证该方法的有效性。结果表明,神经元放电特征及其形态的光相位表征方法具有无损、免标记、可定量的优势。

设计了在相同光学引擎、相同屏幕位置下, 能满足不同屏幕尺寸需要的变焦投影物镜。该变焦投影物镜的焦距变化范围为22 mm~37 mm, 视场角为46°~75°, F数为2.8。考虑设计的光学系统要求相对孔径较大, 具有大视场角和小变焦倍比, 根据变焦理论, 采用正组补偿的机械补偿法, 并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段, 求出高斯解; 然后对各组元分别选用合理的初始结构, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 适当添加非球面。采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题, 并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统。设计结果表明: 该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求, 在空间频率64 Lp·mm-1处调制传递函数(MTF)值均大于0.3, 畸变小于1%。

基于0.86 μm波段气溶胶的体散射数据，提出了一种新的尺度谱反演方法。根据大气气溶胶尺度谱特征，将尺度谱函数n(r)分解为趋势变化函数H(r)和细节变化函数η(r)，并构造了一组新的基函数对η(r) 进行参数化逼近，然后严格依照Mie散射理论，采用Tikhonov正则化对尺度谱函数进行了反演。采用城市型、乡村型和海洋型气溶胶的尺度谱实测数据进行反演仿真，结果表明，在粒径0.2~10 μm区间、噪声不大于50%的条件下，实际与反演的尺度谱曲线相关系数高于0.98，表现出良好的抗噪声能力；针对小尺寸段(r<0.2 μm)反演结果的不稳定性，提出了小尺寸段的荣格分布修正法与细模态参数补偿法，模拟结果表明，两种方法对尺度谱修正效果较理想，在0.1~10 μm区间，实际与反演尺度谱曲线相关系数大于0.97。与基于遗传算法的尺度谱反演方法相比，该方法效率高，耗时短，且对尺度谱函数细节变化特征反演较好。