在利用表面增强拉曼光谱(SERS)对毛发中痕量物质进行分析时, 该SERS信号中毛发特征峰与增强基底背景峰会相互耦合。 在耦合情况下, 背景峰会被误识别为毛发特征峰, 导致待测物的识别错误, 此外具有高峰强特性的背景峰对毛发中微弱特征峰产生掩盖干扰。 因此, 背景峰的扣除是解决上述问题的重要途径, 但常规的扣峰方法会导致周围邻峰的严重失真。 针对上述问题提出了高斯混合模型, 该模型在表征SERS信号的同时又使得各特征峰相互独立, 在扣峰过程中对周围邻峰不产生干扰, 既实现干扰峰的扣除又保证了邻峰的微失真。 高斯混合模型的核心问题在于模型参数的求解, 文中提出了小波变换与共轭梯度法, 分别解决模型的初始参数问题及最优解问题。 小波变换通过映射放大SERS信号的细节信息, 充分提取该信号的细微特征信息, 将该特征信息作为模型的初始参数。 其中共轭梯度法是迭代优化方法, 将模型参数进行循环迭代优化, 最终收敛结果即为模型参数的最优解。 综上两种方法可准确建立高斯混合模型, 模型中单高斯函数为SERS信号的特征峰, 且两者的峰形保持一致。 在扣除SERS信号的背景峰时应遵循以下过程, 包括有效数据的提取、 模型建立和峰的扣除。 其中有效数据的提取是对空白与滴样的增强基底进行同位置检测, 由此得到一组SERS信号。 模型建立是通过高斯混合模型对滴样SERS信号进行表征, 该信号可由多个高斯函数表现。 最后利用空白增强基底的特征峰对滴样的SERS信号进行指认, 其中峰形相似且峰位相同的特征峰可扣除。 实验结果表明, 方差值比最小时, 高斯混合模型的峰位、 峰宽、 峰强等特征与毛发SERS信号基本相同, 此时高斯混合模型可准确表征毛发SERS信号的特征信息。 在对7组毛发进行扣峰实验时, 毛发SERS信号中背景峰扣除率达到50%～100%, 同时毛发的特征峰也得到有效提取。 在对真实毛发样本进行快速分析时, 该模型识别出了毒品曲马多。

掺杂是调控金刚石性能的一种重要手段。本文采用温度梯度法, 在5.6 GPa、1 312 ℃的条件下, 选用Fe3P作为磷源进行磷掺杂金刚石大单晶的合成。金刚石样品的显微光学照片表明, 随着Fe3P添加比例的增加, 金刚石晶体的颜色逐渐变深, 包裹体数量逐渐增加, 晶形由板状转变为塔状直至骸晶。金刚石晶形的变化表明Fe3P的添加使生长金刚石的V形区向右偏移, 这是Fe3P改变触媒特性的缘故。红外光谱分析表明, Fe3P的添加使金刚石晶体中氮含量上升, 这说明磷的进入诱使氮原子更容易进入金刚石晶格中。激光拉曼光谱测试表明, 随着Fe3P添加比例的增加, 所合成的掺磷金刚石的拉曼峰位变化不大, 其半峰全宽(FWHM)值变大, 这说明磷的进入使得金刚石晶格畸变增加。XPS测试结果显示, 随着Fe3P添加比例的增加, 金刚石晶体中磷相对碳的原子百分含量也会增加, 这意味着添加Fe3P所合成的金刚石晶体中有磷存在。

针对传统features from accelerated segment test（FAST）算法检测到的角点存在聚簇现象和阈值依靠人为确定，图像匹配算法匹配准确率较低和双目视觉测量精度较低等问题，提出一种基于改进FAST和binary robust independent elementary features（BRIEF）的双目视觉测量方法。首先用FAST算法提取出特征点，简化检测模板，同时用自适应阈值提取特征点；然后用改进的BRIEF描述特征点，用像素点邻域的灰度平均值进行比较形成描述子；之后用汉明距离完成匹配；最后用灰度梯度法得到匹配点的亚像素坐标，根据视差和三角测量原理计算出匹配点的三维空间坐标，从而完成被测物体的尺寸测量。实验结果表明：在角点检测方面，改进的FAST检测到的角点更均匀；在图像配准方面，通过与其他算法进行对比，验证了所提方法能有效地提高匹配准确率；在测量方面，所提方法测量的最低相对误差为0.45%，满足测量要求。

本文以Ni70Mn25Co5和Fe64Ni36合金及其复合合金作为触媒, 采用高温高压温度梯度法在5.6 GPa压力下, 对不同温度下沿(100)晶面生长的Ⅰb型金刚石的生长特性进行了研究, 研究表明: 以Fe64Ni36触媒合成出的金刚石在以(111)晶面为主的晶形高温生长范围内出现了一段约50 K范围的裂晶生长区, 而以Ni70Mn25Co5触媒合成的金刚石在生长温度范围内, 特别是在以(111)晶面为主的晶体生长高温区域内容易出现连晶缺陷；高温下Fe64Ni36触媒过度熔融可能是晶体容易产生裂晶的原因, Ni70Mn25Co5触媒熔体黏性较低可能是容易形成连晶的原因；采用两种触媒复合的方式有效避免了裂晶和连晶的产生；拉曼光谱表征发现连晶的晶体内部质量与单晶的晶体质量相近, 裂晶中晶格畸变和杂质较多, 晶体内应力较大, 复合触媒体系合成的金刚石晶体内应力小, 质量好。

作为天然金刚石生长环境的碳酸盐, 研究其掺杂对人造金刚石晶体生长行为的影响具有重要的学术价值。本文运用高温高压下的温度梯度法, 将碳酸钙(CaCO3)按照不同比例掺杂到金刚石合成腔体内的碳源中, 用以研究其掺杂对金刚石分别沿(100)或(111)晶面生长行为的影响。利用光学显微成像对掺杂合成金刚石晶体形貌的表征表明: 随着碳酸钙掺量的增加, 沿(100)面生长的金刚石晶形由塔状变为板状且出现了裂晶、连晶现象, 晶体颜色先变浅再变黑, 内部出现了包裹体；同样, 沿(111)面生长的金刚石晶形由板状逐渐变为塔状且出现了裂晶、孪晶现象, 晶体颜色逐渐变黑, 内部包裹体增多。用激光拉曼光谱对掺杂金刚石晶体质量的表征表明: 随着碳酸钙掺量的增加, 沿(100)或(111)面生长的掺杂金刚石的拉曼峰位偏移量均增大, 半峰全宽均变大。这说明碳酸钙掺杂使得金刚石晶格畸变增加、内应力变大。本文对碳酸钙掺杂影响沿两不同面生长金刚石的晶形、颜色、内部质量等行为的成因进行了分析, 为本课题后续研究奠定了基础。

针对大口径**液压伺服系统控制时内部参数的不确定性和时变性问题, 利用模糊控制鲁棒性强和容错能力好的特点, 对传统PID控制进行改造, 同时结合RBF神经网络来解决模糊控制精度差的问题。此外, 利用蚁群聚类对RBF神经网络的初始参数进行初始化, 采用共轭梯度法对神经网络进行优化训练。仿真结果表明, 该控制策略能较好地抑制大口径**系统的时变性与非线性问题, 同时保证了系统的调炮速度和精度。

采用多孔坩埚温度梯度法生长了0.6at%Eu∶CaF2晶体和共掺0.6at%Eu, 6.4at%Na∶CaF2, 0.6at%Eu, 6.4at%Gd∶CaF2晶体。XRD测试表明晶体仍均表现为纯CaF2的立方相, 共掺后吸收强度降低。以398 nm氙灯激发晶体材料, 荧光光谱表明共掺调剂离子后可明显增加Eu2+在424 nm处的发光强度, 而Eu3+的特征发射5D0→7FJ(J=1, 2, 3, 4) 除了表现出半峰宽变大外, 峰位和强度均无明显变化。0.6at%Eu, 6.4at%Gd∶CaF2表现出Eu3+的5D2→7F3和5D0→7F0特征发射峰, 主要可能归因于共掺Gd3+后打破了非反演对称结构, R值(电、磁偶极跃迁比值)明显降低, 提高了晶体格位结构的对称性。共掺Na+后在CIE色域坐标图上显示坐标由(0.303 7,0.142 5)可变为(0.204 3,0.062 6), 对应从紫色到蓝色的色域调控。

发展适用于低光子数应用环境的荧光寿命分析方法对快速荧光寿命显微成像(FLIM)方法的发展和应用都具有重要意义。受高密度单分子定位显微成像中压缩感知算法的启发,将荧光寿命分析看成一个稀疏逆问题,提出了一种基于交替下降条件梯度(ADCG)的荧光寿命分析新方法,并通过对模拟数据和实验数据进行分析,验证了ADCG-FLIM算法即使在低光子数情形下依然能够较好地分析荧光寿命,从而有利于活细胞快速FLIM技术的发展和应用。

为了从目标拍摄源上提高直线电机动子位置检测的精度和抗干扰性, 构造了一种非周期正弦条纹图像, 并引入一种基于梯度法的图像亚像素测量方法, 实现对动子位置的高精度测量。首先, 改变正弦条纹的条纹周期, 得到一系列非周期正弦条纹, 并生成非周期正弦条纹图像; 其次, 采用图像的Pnatt熵优选出具有强鲁棒性的非周期正弦条纹图像; 最后采用基于Barron算子的梯度法计算相邻目标图像的亚像素位移, 结合标定系统物像标定系数, 获得直线电机动子的实际位移。仿真和实验结果表明, 对比于非周期栅栏图像, 本文构造的非周期正弦条纹图像具有较强的鲁棒性, 且测量精度达到0.02 pixel。