根据静止轨道特点，分析设计覆盖近紫外至长波红外波段的成像光谱仪光学系统，将0.3~12.5 μm的光学全谱段细分为5个子谱段并集成于光学系统，每个子谱段均采用4个分光系统在视场内拼接实现宽幅所需的超长狭缝，狭缝总长最长达241.3 mm，通过内扫描实现400 km×400 km地面覆盖。重点研究满足拼接要求的紧凑型长狭缝分光系统，指出其实现高保真分光成像需满足低畸变、低杂散、高信噪比、均匀光谱响应等条件。据此，设计基于凸面闪耀光栅的Offner型和Wynne-Offner型高保真分光系统，并研制各个子谱段的原理样机。给出全谱段长狭缝和凸面闪耀光栅两种核心元件的研制结果，单条狭缝最长达61.44 mm，5个谱段的光栅槽密度范围为8.8~312.1 lp/mm，峰值效率均在70%以上，最高达86.4%。以可见近红外和长波红外两个谱段为例，给出分光系统装调和测试过程，结果表明所研制的分光系统具有高保真性能，各项指标均满足要求。

针对空间环境下的大面阵光学望远镜的大尺寸快门, 设计了一种关于空间环境的高保真寿命试验方案。该方案以大口径真空罐为平台, 充分考虑了大尺寸快门在空间运行时面临的复杂环境因素, 为其提供了极为真实的在轨运行环境。针对该快门在轨开合100万次的寿命指标, 设计了具体的试验方案, 并搭建了高保真空间环境试验平台, 利用加速寿命试验的原理使快门机构在真空罐中运行。结果表明该试验方案可为快门提供极为真实的空间在轨运行环境, 能够支撑其完成100万次的开合动作。

以金刚石氮空位(NV)色心为基础,提出了一种双电子自旋与量子化的纳米机械谐振子间的强耦合方案,利用谐振子的耗散过程制备了两比特二维纠缠稳态。数值模拟结果表明,具有不同初态的系统均可演化得到高保真、高纠缠的目标态。该方案减小了耗散对系统演化的破坏,对品质因子无要求,降低了实验的操作难度,具有很高的可靠性和可行性。

利用多光谱成像技术, 讨论了一种对书画图像进行扫描和分析的系统修复方法, 避免了传统化学、物理分析方法对书画造成不必要的损害。在计算机的辅助下对书画进行多光谱图像的采集、光谱反射率重建、光谱图像降维以及图像颜色重建等, 实现了书画颜色的高保真再现, 在颜色修复上提出了基于Kubelka-Munk理论的颜料重构方法, 为书画的修复提供技术上的支持。采用该方法不仅可降低修复过程中书画损坏的风险, 而且可提高修复质量。

采用伪核素方法,建立了能够精确快速处理干涉效应的计算方法, 在分析广义等价理论特点的基础上, 提出了高保真的共振计算方法。该方法首先根据实际问题的几何, 建立238U的非均匀共振积分表, 基于此核素采用广义等价理论处理栅元间的互屏效应, 获得不同位置燃料棒的背景截面, 然后根据背景截面在非均匀截面表中插值建立不同燃料棒的等效栅元, 在此栅元的基础上根据实际问题中燃料棒内的温度分布和核素分布进行超细群计算, 从而获得燃料棒内不同位置共振核素高保真的有效共振截面。

基于多光谱颜色复制理论与变频调幅加网理论及其应用的技术规律, 提出了多光谱打印的变频调幅加网设计方案(以六基色印刷为例), 基本原则为预测的颜色主成分油墨按照其贡献率分别安排在加网角度45°、15°、75°、0°, 而第五和第六主成分油墨分别安排在15°和75°。经理论验证分析与试验仿真, 它满足实现高保真印刷的五个关键要件, 这为实现高保真印刷提供了新的思路和技术途径, 并且丰富了数字加网理论。

为了获得高保真3维图像,采用了一种针对高分辨率3维图像的自适应均值降噪算法.首先使用一种由激光器、高分辨率3维相机、直线电机和计算机等设备组成的线激光高精度3维测量实验系统对自然纹理皮革进行测量.然后针对系统测量所得的高分辨率3维自然纹理图像(每英寸点数大于1000),进行了理论分析和实验验证,取得了降噪后的高保真3维图像数据,并与传统的均值滤波、小波变换滤波的降噪效果进行对比.结果表明,该算法能自动选取最优的降噪窗口,有效地去除3维图像的噪声信息,并保留高分辨率图像丰富的边缘、细节信息,最终得到高保真的高分辨率3维自然纹理图像.该实验结果对于高分辨率图像的降噪问题是十分有帮助的.

针对多光谱图像在色度高保真再现等领域的应用, 为提高压缩效率, 进一步存储传输, 提出了WF系列编码方法, 设计了APWS_RA算法, 进而提出了一种低复杂度、光照稳定性好且支持跨设备再现的WF_APWS_RA压缩算法。首先研究了现有的基于光谱均方误差的小波嵌入编码原理, 提出了色感应失真准则和视觉特性矩阵W;同时, 优化了APWS编码算法的码率分配, 形成APWS_RA编码算法;最后, 结合以上技术, 以色度误差准则指导编码, 对视觉加权后的多光谱图像数据进行aPWS_rA编码, 命名为WF_APWS_RA。WF_APWS_RA算法融合人眼视觉特性矩阵W, 利用吸引力传播(Affinity Propagation)聚类挖掘加权图像的谱间冗余, 小波变换去除其空间冗余, 最后结合误差补偿机制和码率分配策略进行小波编码。实验表明, 在相同比特率下, 较现有低复杂度经典编码算法, WF系列编码方法能更有效地保留光谱中的色度信息, APWS_RA算法的重建光谱误差最小, WF_APWS_RA算法的重建色度精度优势明显。

快速、 准确的进行光谱重建是高保真印刷复制研究的难点。 针对多个基色参与复制造成颜色在光谱表征和油墨配比之间转换模型复杂的问题, 提出了一种用于高保真印刷的特征光谱提取和匹配方法。 该方法利用光谱的导数变换对印刷基色油墨的特征光谱波段进行了筛选和提取, 在此基础上提出了特征光谱的多阈值编码算法; 针对高保真印刷中的分区判断问题, 利用导数平均特征光谱表示各分区特征, 并通过目标光谱与各分区的导数平均特征光谱的光谱匹配算法, 解决了高保真印刷中的分区判断问题。 实验结果表明, 提取的特征光谱波段能够显著代表各个基色的光谱特征, 基于特征光谱的色彩转换模型精度高于基于全波段的色彩转换模型; 光谱匹配算法在判断分区上达到了很高的精度, 极大的提高了效率, 具有较高的实用性。

提出了一种基于色域分析与聚类分析结合的基色筛选算法。该方法对传统4色色域和目标高保真色域进行分析，筛选出4色色域外的特征点，并对其光谱反射率进行主成分分析，确定基色的个数m。以m作为分类数，对集合中特征色光谱反射率进行聚类分析，在m个分类光谱中选择和特征色平均光谱距离最远的m个光谱作为基色光谱，在基色库中选择和m个光谱相关距离最小的实际专色作为最终基色。实验结果表明，提出的基色选择算法能够准确估计出新基色的光谱反射率，最大程度实现了目标高保真色域的再现。