传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。

以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标，基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论，建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型，提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时，将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中，分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根（RMS）波前差，并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。

当前的动态目标识别方法在场景复杂的图像中，因为无法采集足够多的特征信息，导致识别结果应用性受限。基于三维激光点云提出一种运动图像动态目标识别方法。利用三维扫描系统获取运动点云图像特征，在不影响有效信息采集的情况下，进行图像预处理；引入地平面方程，将图像背景点云与被识别目标点云通过欧式聚类法分割，提取处理后的被识别目标关键点，并采用Freeman链码检测边缘特征，完成运动图像动态目标识别。试验对比结果表明，所研究基于三维激光点云的运动图像动态目标识别方法，对动态目标有良好的鉴别能力及较好的识别精度，且所需动态目标识别时间较短。

本研究采用新建立的循环肿瘤细胞(CTCs)精准分析模块(Metafer 5)检测临床血液样本中的CTCs。为使Metafer 5能开展精准分析, 针对该数字模块进行了优化。本研究纳入34例病理确诊的恶性实体肿瘤患者, 通过对比4', 6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)、Rhodamie、异硫氰酸荧光素(FITC)、TexRed 四种荧光染色剂的特点筛选区域化最佳对焦荧光染料, 并对比10×PA、10×PN和20×PA物镜对CTCs判定的准确性和扫描效率, 优化各个荧光通道的曝光时间, 选出Metafer 5 CTCs自动扫描模式下的最佳应用参数。另外, 分别采用人工镜检和Metafer 5玻片自动扫描系统两种方式对CTCs进行判定。结果表明, DAPI为最适用于区域化自动对焦的荧光染料。两种物镜镜头扫描CTCs的时间分别为(114.70±22.08)及(116.50±47.38)min, 10×PA物镜具有更高的CTCs识别准确度和效率。当将DAPI、EpCAM、CD45和CEP8曝光时间分别调整为0.003、0.800、0.040和0.068 s时, 荧光图像最清晰, 质量最佳。同时, 经过最优化参数调节Metafer 5 CTCs精准扫描模块的系统较人工镜检时间缩短了73.40 min(P<0.05), 较人工镜检效率有显著提高, 且该模块总CTCs检出率可达100.00%, 比人工镜检高了8.83%。经参数优化后的Metafer 5玻片自动扫描系统能自动、精准、快速判读血液中的CTCs, 可用于CTCs辅助判读, 具有很好的临床应用前景。

对170 GHz 兆瓦级回旋管单级降压收集极横向磁扫描系统进行了仿真. 采用单级降压收集极一方面回收了废电子注的部分活跃能量同时提升总输出效率超过55%. 横向磁扫描系统的引入扩展了废电子注轨迹长度至1100 mm, 使收集极表面热耗散保持在技术允许范围内. 此外仿真得到了扫描信号的调制深度以及横向线圈数的最优结果38.9%和6, 以及可接受的最大平均功率值117.1 W/cm2 . 为了确保在实际工作中的安全性和可行性, 设计了轴向开槽的收集极冷却系统, 利用软件ANSYS开展了收集极的热和流体分析. 得到收集极内外表面的最高温度各自为156.09℃ 和140.35℃. 进水口和出水口的水温范围分别为20~26.68℃和38.01~58.56℃.

光束扫描系统是激光雷达的重要组成部分, 决定了激光雷达的视场范围。为了增大视场范围同时保持一定的角度分辨率, 车载激光雷达中常采用多个半导体激光器作为光源, 而不同激光器的时间响应存在差异, 使激光雷达的不同测距通道之间产生测距互差。 Risley棱镜是一种常用的光束指向器件, 具有扫描范围大、指向精度高等特点, 在车载激光雷达的光束扫描上具备良好的应用前景。本文建立了Risley棱镜的光束指向角模型与扫描轨迹模型, 在此基础上合理设计了扫描系统的光机结构, 解决了Risley棱镜扫描不均匀的问题, 用单路激光光源实现了大视场的二维扫描, 水平视场角和垂直视场角分别达到360°和30.4°, 当激光器脉冲重频为1 MHz, 扫描频率为5 Hz, 扫描线数为30线时, 水平分辨率为0.05°, 垂直分辨率为1.0°。该系统的技术指标与主流车载激光雷达相当, 且消除了多路激光器之间的互差, 可有效提高激光雷达的整体测距精度。

潜在指印的检测是物证检测中关键的一步。针对多种渗透性纸张上遗留的潜在指印,基于潜在指印残留物中有机物成分在紫外光激发下会产生荧光的特性,采用266 nm紫外激光器作为激发光源,通过二维激光扫描系统对潜在指印区域进行快速扫描,采用窄带滤光片滤除干扰光,以指印条纹对比度作为依据优化实验参数,采用剔除奇异亮点和提高对比度的方法复原指印荧光图像。通过对复印纸、书写纸、学生作业纸、便利贴和报纸这5种渗透性纸张上的汗指印和油指印进行检测,获得了汗指印和油指印的清晰图像。该方法可实现渗透性纸张上潜在指印的无损检测,在刑事侦查、痕迹检测等多个领域具有重要应用。

为了满足宽幅长波红外高光谱成像需求, 基于光导型碲镉汞线列探测器和平面闪耀光栅, 提出了一种在长波红外8~12.5 m范围内具有150个连续波段、30°成像视场角、基于地面应用的低成本、轻小型高光谱扫描成像系统的设计方法。该系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成, 两机构同步控制以实现精细分光和宽幅成像功能。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光的波长、视场扫描角度与成像视场角间的关系式。在分析扫描系统扫描定位精度的基础上, 设计了一套以步进电机为运动核心, 采用“摆扫定位+停止成像”工作模式的扫描系统。实验表明, 该扫描系统可满足系统视场定位精度及分光精度的要求。获取的硅碳棒在长波红外波段的发射光谱曲线表明该系统的设计合理有效。该扫描系统的设计方法对长波红外高光谱系统的设计具有一定的指导意义。