调焦机构是空间相机获得良好成像质量的重要保障。由于调焦机构焦平面两端的同步性误差不可避免, 会对成像质量造成影响, 因此对双凸轮和丝杠螺母调焦机构同步性误差进行了分析。介绍了两种调焦机构工作原理; 分析了两种调焦机构同步性误差的来源并对其同步性误差进行了计算; 对两种调焦机构的同步性进行了测试验证。两种调焦机构采用统计法和蒙特卡罗法计算同步性误差, 验证结果与之相符。满足调焦机构同步性误差的最大允许值±20μm, 完全满足现阶段使用要求。

本论文提出并实验演示了一种系统由经典态进入到量子态演化过程的测量方法，对铷原子(87Rb)蒸汽中，基于光偏振自旋转效应产生的脉冲真空压缩光的建立过程进行了研究，描述了脉冲光场从经典热态到真空压缩态的噪声涨落变化。脉冲真空压缩光的压缩度为-11 dB。具体实验上，先采用平衡零拍探测方法测量了脉冲真空压缩光的正交分量，然后通过对正交分量做相位平均统计处理，得到了信号光场平均光子数随时间的变化分布，观测到75 μs的压缩态建立时间。本文的实验方法为将来基于原子吸收线的短脉冲压缩光的产生打下实验基础，并为经典态和量子态的转换过程的研究提供一种可行的实验测量方案。

血氧饱和度(SO2)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。 传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。 通过研究生物组织对光的吸收和散射特性, 将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO2)、 脱氧血红蛋白浓度［HBR］和氧合血红蛋白浓度［HbO2］的新方法。 该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术, 不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。 为了验证该技术可行性, 在实验中采用单波长激光脉冲光源, 以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。 其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量, 从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO2)。 实验结果表明, 所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%, 采用该方法量化血氧饱和度是可行的； 同时利用实验结果, 结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。 该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。

光阱刚度是描述光镊对粒子进行操控的重要力学指标，实际使用过程中会受到激光功率的影响。采用均方位移法及玻尔兹曼统计法对搭建的光镊系统进行光阱刚度的标定，利用图像采集方法进行微粒位移的测量，并对两种方法的测量结果进行了比较。为了提高光阱刚度的标定结果的准确性，分析了光路放大倍数、温度变化对最后标定结果的精度影响。结果表明，两种方法进行标定的结果基本相同; 光阱刚度在低激光功率(1 mW ~20 mW)范围时随功率近似线性增加，在高功率情况下(25 mW~60 mW)随功率增加不再线性增加，而是趋于一个饱和值。此外，光路放大倍数标定的精确性对标定的精度影响较大，10%的相对误差时，标定结果产生23%的变化，温度对标定的精度影响较小，±0.1 ℃的温度变化导致标定结果0.034%的变化。

考虑高精度的光阱刚度测量是光阱力测量的关键, 本文提出了采用玻尔兹曼统计法来分析光阱刚度的测量精度。首先, 描述了实验室搭建的近红外光镊系统, 并将其搭建在暗室中的气垫平台上, 以便隔离光干扰和振动干扰。然后, 用四象限光电探测器探测被光镊捕获的微球向后散射的光, 并选用与溶液黏度无关的玻尔兹曼统计法计算样品池底面附近的光阱刚度。最后,分析和讨论了溶液温度的变化、四象限光电探测器的灵敏度、采样频率以及采样时间对光阱刚度测量精度的影响。理论分析及实验计算显示: 溶液温度的变化对光阱刚度的测量影响很小, 但四象限光电探测器的灵敏度对光阱刚度测量精度影响较大。考虑采样的完整性和数据处理速度, 采样频率通常取为被捕获颗粒拐角频率的5~10倍。对于本文搭建的近红外光镊测量系统, 采样时间取为1~7 s时, 可以保证高精度地测量光阱刚度。

作为最优边缘检测算子,Canny算子在线性滤波及选取阈值方面具有一定的局限性。在其基础上,采用尺度可变的自适应高斯滤波器进行滤波,通过计算滤波器各滤波窗口内像素点灰度值的均值,以及该均值与当前像素点灰度值的差值,确定滤波窗口的平滑度,并将其作为高斯函数尺度的大小,在滤除噪声的同时确保了边缘信号不被平滑掉;同时采用基于简单统计法及梯度阈值法的双阈值分割方法检测经过非极大值抑制的梯度幅值图像的边缘。实验结果表明,该方法能够有效滤除噪声,且假边缘及丢失边缘的数量都比Canny边缘检测的少。

给出一种新的由卫星辐射观测反演大气温湿廓线的物理统计方法,并用该方法分别进行了理想试验和实际反演试验,再将反演结果和一维变分反演方法的结果进行比较.结果表明:在理想试验中物理统计方法反演的温度廓线在大部分高度好于一维变分法;水汽廓线在模式中层的反演结果比背景场略差,在其他高度有所改进,而一维变分方法则对水汽廓线的背景值修正较小.在实际反演试验中,物理统计反演法对温度廓线的反演效果不够理想,只在400 hpa以上高度和近地面对背景场有所修正,然而对水汽廓线的反演效果较好.

分析了标定样本数据的不确定度对线结构光传感器标定精度的影响,利用矩阵扰动理论和一阶不确定度分析理论,给出线结构光视觉传感器模型中映射矩阵参数不确定度的评估方法,并建立了从标定样本数据不确定度到标定不确定度的传播模型.利用蒙特卡洛统计法进行了仿真验证,结果表明所建立不确定度传播模型的有效性,为线结构光传感器标定精度的评估提供了依据.

The dynamical equation of a trapping cell is solved to find calibration methods for the trapping force, and two methods are compared by synthetic experiment data. Results indicate that: Boltzmann distribution method (BDM) is available for the force calibration of non-spherical or anisotropic cells in arbitrary trap potential; the mean square displacement method (MSDM) is available only for a symmetric harmonic optical trap. The spatial resolution requirement of the calibration system is about a nanometer. The results agree with the reported experiments.

现代成像制导中所使用的红外图像往往存在着噪声大、目标-背景间灰度差较小、边缘较模糊的特点.这些特点会增加边缘提取的难度,因此必须建立更有效的红外图像边缘提取算法以满足需要.针对这些问题,以噪声Gauss分布模型和噪声特征为基础,建立了新型统计学意义下的红外图像边缘检测法.通过对此方法的概率模型进行分析,可以证明在有较大噪声的情况下,只要边缘处的差分值大于一定的值,就能以较大的概率提取出图像边缘.通过在不同情况下与梯度法的抑噪能力进行对比和分析发现,统计边缘提取法的噪声抑制能力要高于梯度法.在与Sobel模板算子法的红外图像边缘检测结果进行仿真和对比后发现,统计法能对红外图像的目标边缘检测取得良好的结果,并且算法具有快速简单的优点.