大米是我国最重要的谷类作物。 如何准确的实现地理标志性大米的品种鉴别和外观品质评价, 不仅关乎消费者切身利益, 而且关乎零售商和生产商信誉, 是一项广泛关注的问题。 首先, 为实现集成化的精米品种识别和外观品质检测应用, 建立一种精米品种分类与外观品质多参数检测系统。 该系统采用近红外光谱仪搭配漫反射附件采集米粉光谱信息, 可以实现基于近红外光谱法的精米品种分类; 采用互补金属氧化物半导体(CMOS)显微相机配合机电控制系统采集米粒图像, 基于图像法实现精米外观品质多参数检测, 检测对象包括裂纹、 长宽、 垩白、 碎粒和黄粒。 以上述系统为基础, 为提高精米品种分类精度, 提出一种基于光谱-图像特征模型融合的精米品种分类方法。 以近红外光谱特征与多图像特征作为输入参数, 以精米品种编号作为输出参数, 基于偏最小二乘方法(PLS)建立品种分类融合模型。 在不同融合方案的建模过程中, 每种融合方案都采用变量投影重要性分析方法(VIP)实现融合模型输入参数的最优筛选, 然后通过不同融合方案分类精度对比确定最优融合模型。 最后, 开展精米外观品质多参数检测和不同精米品种分类方法性能对比实验。 结果表明, 建立的精米品种分类与外观品质多参数检测系统可以实现包括裂纹米率、 粒型、 垩白米率、 碎米率和黄粒米率的精米外观品质多参数检测, 检测精度范围为89.2%～97.0%; 提出的基于光谱-图像特征模型融合的精米品种分类方法相比于传统方法可以提高精米品种分类精度, 相比于传统方法中效果较好的近红外光谱法, 面向五常、 响水、 银水、 越光四种大米的分类精度可提高2.5%～7.5%。

太阳能电池作为一种高效的光电转化器, 被广泛地应用于光伏发电系统中。 激光作为一种高亮度光源辐照电池时, 会导致其出现损伤, 可利用电池的表面散射光谱特性, 对其损伤程度进行判别。 通过目标表面散射光谱测量系统, 对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量, 并计算双向反射分布函数（BRDF）。 其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成, 针对电池表面的强镜反射特性, 在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。 原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、 顶电池GaInP层、 中电池GaAs层和底电池Ge层, 其散射光谱特征包括可见光谱段(500~900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900~1 200 nm)的类周期振荡特性, 在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后, 得到了损伤电池光谱BRDF的变化, 并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型, 对各膜层损伤后的特征进行了分析。 结果表明: DAR层的主要作用是降低光谱反射能量, 对光谱曲线的特性影响较小; Ge层对光谱曲线形状基本无影响; 电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起, 其中, GaInP层主要影响可见光谱段的吸收特性, 并对近红外谱段内的干涉特性起到调制作用, 而GaAs层主要影响近红外谱段的干涉特性, 当其损伤到一定程度后, 会导致可见光谱段内出现干涉特性。 最后, 在实验结果分析的基础上, 通过模型研究了电池各层对散射光谱特性的影响, 并讨论了基于散射光谱特性的电池损伤程度判别, 研究结果可为电池激光损伤判别提供参考。

图像质量评价方法是为了符合主观视觉图像质量评分结果, 设计出的客观计算方法。在本研究中, 提出了一种基于CIELAB颜色空间局部色貌指标(clarity)的无参考彩色模糊图像评价(NR-IQA)方法。在所提方法中, 结合最大局部clarity和变异局部clarity评价图像模糊等级。最大局部clarity表征提取模糊图像最锐度信息, 即局部模糊特征; 变异局部clarity表示图像内部色貌整体变化情况, 即全局模糊特征。为了验证该方法的性能, 使用五个常用图像质量数据库中的失真图像进行对比测试, 从预测精度、计算复杂度和泛化性进行分析。结果表明, SROCC和PLCC加权平均值分别是0.9345和0.9379, SROCC和PLCC直接平均值分别是0.9331和0.9357, 综合性能优于其他典型和最新提出的NR-IQA方法。研究结果表明, 所提方法是有效的、可行的, 是一个综合性能优异的NR-IQA方法。

为扩大磷石膏的综合利用，以原状磷石膏(RPG)和β-半水磷石膏(HPG)为主要原材料，利用偏高岭土(MK)和碱性激发剂(生石灰、水玻璃)改性制备磷石膏基复合胶凝材料。通过单因素试验探究MK掺量、水玻璃掺量及RPG和HPG的相对掺量对偏高岭土-磷石膏基复合胶凝材料(MKPGBM)力学性能、耐水性能和耐干湿性能的影响，并分析其作用机理。结果表明，MK、水玻璃及HPG掺量的增加均能有效提高MKPGBM的强度。MK和水玻璃掺量(以质量分数计)分别为7%~9%和21%~24%时，MKPGBM的力学性能和耐水性能最优。当RPG与HPG相对掺量(质量分数比)为5∶5时，MKPGBM的28 d抗压和抗折强度最优，分别为19.58和7.44 MPa；当RPG与HPG相对掺量为6∶4时，MKPGBM的综合性能较优，其28 d软化系数达到0.796。MK和掺合料的掺入能有效促进水化产物的生成并填充基体之间的孔隙，还能提高RPG内部颗粒的相互接触强度，进而达到改善磷石膏基复合胶凝材料力学性能、耐水性能及耐干湿性能的效果。

采用气体辅助排水装置对Inconel 690合金进行水下局部干法激光焊接，研究了热输入和离焦量对焊缝成形、横截面几何特征、对接接头缺陷和力学性能的影响，从而实现工艺参数优化。结果表明：热输入对焊缝的宽度影响较大，熔池的Marangoni流动和金属蒸气的喷发导致顶部区域宽度扩大。焊缝的结晶形态由平面状经过胞状转变为树枝状。随着焊接热输入的减小，焊缝晶粒尺寸减小，力学性能则不断增强。焊缝的宽度随离焦量的增加而改变，离焦量为零时，接头力学性能最佳。水下和陆上焊接获得的接头显微组织均由胞状晶、柱状晶和树枝晶组成。陆上焊接接头枝晶间存在Cr和Ni元素偏析现象。而水下焊接过程中水的快速冷却作用有助于改善接头枝晶间的合金偏析程度，但恶化了合金元素晶内偏析。在最佳焊接工艺参数下，水下焊接接头的抗拉强度和陆上焊接接头相似，冲击韧性亦达到陆上焊接接头的90%，显微硬度则高于陆上焊接接头。

通过双目观察与匹配心理物理学实验，对金属漆颜料制品在两种几何条件下进行了视觉评价，随后将金属漆颜料制品的视觉平均数据分别与基于双向反射分布函数（BRDF）数据和基于PR715分光辐射计测量结果的色貌模型预测结果进行最小二乘法线性拟合。实验结果表明，在不同几何条件下，BRDF数据均可以用来对金属漆颜料制品进行色貌预测；对于三属性预测而言，在明度和彩度方面，基于BRDF数据的色貌模型预测精度不如基于PR715分光辐射计数据的色貌模型预测精度，而在色调角方面，基于BRDF数据的色貌模型预测精度则高于基于PR715分光辐射计数据的色貌模型预测精度。

针对目前焊缝外观检测实时性差、精度低等问题，提出一种基于光学低相干的焊缝外观特征检测方法。利用光学低相干测量原理获取焊缝外观的三维坐标信息，并利用滤波算法提取出焊缝三维轮廓；基于焊缝轮廓线的特征，提出采用DBGBCA算法对点集进行分类，以确定拟合区间；利用RANSAC算法进行直线拟合后，精确调整多项式拟合区间和拟合阶数进行曲线拟合；基于直线拟合和曲线拟合确定特征点，得到焊缝外观参数。试验结果表明，所提方法可使检测结果精确到0.004 mm，满足工业生产要求。

精密零件外观设计对尺寸精度具有严格要求，为减少尺度偏移情况，满足其性能指标要求，提出基于多激光传感器检测的复杂曲面精密零件外观设计。确定敏感器件与成像轴之间的倾斜角，采集零件内部信息；引入模糊集理论和隶属度函数，平滑滤波处理采集测点信息，减小采集数据噪声；确立几何、物理、性能参量间耦合关系，通过线性敏感度模型实现几何参数补偿；定义三种曲面和四个标架系表述约束条件间位姿关系，将其变换为矩阵形式，获得更深层次的位姿表达式，用以检测精密零件外观是否合理，零件实用性是否更高。试验表明，该方法可以全面获取零件信息，减少数据噪声，检测能满足精密零件的外观设计要求，使设计的零件外观更加精准，有利于精密零件的实际使用。

针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题，提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验，研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，当中心激光束功率大于环形激光束功率时，施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽；当中心激光束功率小于环形激光束功率时，焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域，焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域，焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大，焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时，接头抗拉强度和延伸率最高，接头断裂于焊缝熔合线附近，呈韧-脆混合断裂模式。