提出了一种基于 FPGA的光场均匀性测量同步采集方案。在大面积光场均匀性测量中，探头步进扫描法需要对大面积光场进行扫描，因此需要同时对光场测量点的光能量值及其坐标值进行采集。该方案通过设计同步采集电路对光场测量点的能量值及三维坐标进行同步采集，并保证了数据的一一对应，实现光脉冲能量和三维坐标的同步自动化采集。通过构建测试平台对光场均匀性测量同步采集方案进行测验，实验结果证明了同步采集方案的可行性和实用性。

随着光谱技术的发展，多光谱相机在农业、医疗、机器视觉、遥感探测等领域都得到了广泛的应用。提出一款小型化四通道可见光波段的多光谱相机，尺寸为107 mm×110 mm×74 mm，质量1 043 g，适合搭载在小型化无人机上进行遥感探测。相机系统采用棱镜分光光路设计方案，避免光程差和光轴偏移；设计开发的四通道可见光多光谱相机，采用一个FPGA控制器同时驱动4个图像传感器，实现4个通道像素级同步采集，曝光完全一致。实验结果显示：在红、绿、蓝3个特定波段及全波段相机可实时输出图像，既可输出某个特定波段图像(60 fps)，也可同时输出4个波段图像（15 fps），有利于多波段图像同步采集，以及多光谱图像融合的研究。

从硬件和软件两个角度出发, 介绍基于DSP的多元数据同步采集与存储系统的组成、工作模式以及功能的测试。系统主要由上位机和数字采集与存储单元组成, 其中数字采集与存储单元的硬件部分包括电源模块, 值班电路模块, 数据采集模块, 数据存储模块, 时钟同步模块。系统采用DSP作为中央处理芯片, 利用经过同步后的秒脉冲作为触发信号, 实现同步数据采集。以CF卡作为存储介质, 实现数据自容式存储。软件部分实现自检、同步、数据采集存储功能。经过测试, 系统工作稳定, 功能正常,同步精度在100 ns以内。

基于数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)成像原理,提出了一种利用空间相位移技术的材料三维变形检测系统。并以薄铝板为测试材料,在固定点机械受力条件下进行了热膨胀变形测试实验。通过对检测系统进行坐标标定和不同传感器图像间的相关运算,获取三个不同视觉方向图像之间各像素的匹配关系,然后对匹配好的图像进行滤波和解包裹处理,从而可解析出物体在形变过程中X、Y、Z 三个方向的位移。结果表明所提出的方法可为非结构化环境下材料表面三维应变高精度检测提供了一种有效的方法。

为了实现移相式菲索干涉仪对光学元件面形的高精度测量，建立了干涉仪同步采集移相系统，并对精确移相方法进行了研究。介绍了移相系统的构成和工作原理，计算了测量过程中移相器的速度。针对PZT移相器在移相过程中会引入离焦误差，并存在加速段和减速段的问题，详细设计了移相器的行进过程。最后，对移相器的性能进行了标定。在改造后的干涉仪上开展了重复性验证实验，结果表明：干涉仪可以获得λ/11 340的RMS测量重复性。对改造后干涉仪与Zygo公司生产的Verifire XP/D干涉仪的测量精度做了比对实验，结果显示：相同元件下两者测量结果的面形RMS之差约为09 nm，表明提出的移相系统及移相方法在重复性和准确度方面都能满足纳米级面形测量的要求，为研制高精度移相干涉仪奠定了基础。

多角度和偏振遥感可解决传统遥感所不能解决的大气探测和目标识别等方面的问题。为实现气溶胶偏振信息的多角度探测，提出了一种新型的多角度偏振辐射计。该辐射计可以在多个角度上测量大气的偏振光谱信息，为大气光学和微物理特性的高精度反演提供重要的实测数据源。作为航天载荷的原理样机，多角度偏振辐射计的光机系统由多路并行望远光学模块组成，可在110°视场范围内，以0.5°间隔实现偏振信息的多角度探测；采集控制与数据传输系统由双控制核心和高速接口组成，大大提高了系统的并行处理能力和数据传输速度，可在高速运动的平台上实现多路偏振光谱信息的同步采集与实时传输，避免了由平台移动和信号的异步采集引入的误差。航飞试验结果表明，多角度偏振辐射计可实现气溶胶偏振信息的高精度探测。

共聚焦扫描显微镜已成为生物医学和材料科学领域研究中非常有价值的一种工具.本文给出了一种反射型激光扫描共聚焦显微成像系统的系统结构和具体设计.采用多面体转镜进行水平扫描,摆镜进行垂直扫描.利用商品透镜设计了光学扫描中继系统,采用光电倍增管作为激发出的荧光探测器,同时给出了数据采集和扫描同步控制系统的组成与设计.利用CODE V优化光学扫描系统以获得尽可能小的扫描光斑尺寸和较大的视场,并综合考虑了采样频率、扫描速度和探测器对整个系统性能的影响，从而给出了该型共聚焦显微成像系统的相互匹配的设计参量.分析结果表明：共聚焦扫描系统设计合理可行；从光学扫描系统到PMT探测单元的各项技术指标得到优化，满足实时探测的要求；该系统具有适应性强，易升级，低成本的技术特点，同时可达到同类商品的技术性能.