介绍了正交线偏振激光器及其在精密测量中的新应用，包括：1) 正交偏振双频激光器，2) 纳米激光测尺(基于频率分裂的激光器两偏振光竞争位移传感器)测量原理，3) 直接利用波片形成频率分裂的波片位相延迟测量原理，4) 激光回馈波片位相延迟测量原理。这些新应用的原理，结构简单，可溯源到光波长。如，纳米激光测尺已在应用中，测量范围12 mm，分辨力79 nm，线性度小于5×10^-5, 基于频率分裂的波片位相延迟测量系统重复性达到0.3′，而激光回馈波片位相延迟测量系统具有在线检测的优点。

本文在结构化模型方法的基础上提出了目标的整体视觉统计模型，整体视觉模型不但考虑了目标的局部特征，而且还考虑的目标局部之间的空间位置关系。对局部特征和位置特征分别建模，局部特征根据应用选择，位置特征以树状图模型来表示，并且模型采用了统计的方法来表述结构化图模型，将能量最小问题转化为统计中的MAP 问题，简化了问题的求解。本文将这一模型应用于遥感图像的典型地物识别之中，不但能够识别单目标还可以识别多目标，识别率较高，且定位较准确。

本文针对受到大气模糊的中巴地球资源卫星二号星(CBERS-02)的遥感影像数据，提出一种利用卫星成像时刻气象参数估计大气MTF(MTF: Modulation Transform Function)的影像恢复算法。该方法利用遥感影像成像时刻的当地气象数据，首先对大气湍流MTF 和气溶胶MTF 进行估计，然后通过这两种MTF 的简单乘积得到整个大气效应的调制传输函数，进而利用一种改进的迭代维纳滤波算法实现影像恢复。结果显示，恢复后影像的MTF 曲线所覆盖的面积明显大于原始影像，进一步验证了本文算法的有效性和可行性。

基于可视化交互式控制思想，本文提出了一种新的针对延时积分IRCCD 的驱动与测试系统方案。不同于传统的驱动电路系统，该系统由主从两大系统构成，其中作为人机接口的主系统主要完成电参数的输入和测试结果的显示，而从系统一方面可根据主系统所设置的电参数自动产生高精度的任意可调驱动信号，另一方面则完成对IRCCD 器件的电注入测试。实验结果表明新的设计有效地克服了传统设计所固有的缺陷，显著提高了系统的可靠性、灵活性和精度。

分析了激光多普勒回波信号的特征，提出了一种激光多普勒信号的频率估计算法。用FFT(Fast Fourier Transform)技术求得信号的自相关函数，并由功率谱得到信号频率的粗估计，然后用粗估计值对自相关函数移频，并根据移频信号自相关函数在一点的相位，估计频偏，对粗估计进行频率校正得到频率估计值。在进行信号频率粗估计和求相位时，利用计算过程中得到的结果和FFT 因子的对称性，减少运算量。仿真结果表明，本算法有较小的均方根误差和平均绝对误差，应用于激光多普勒测速实验，结果与仿真一致。

在多路CCD 成像中，每路图像之间存在不均匀性，造成这种不均匀性的因素十分复杂，常规算法常无法将所有因素都考虑，影响了校正效果。根据图像的非均匀性特征，论文提出了一种基于场景的，采用两点校正理论，利用每路图像之间的线性关系来进行校正的方法，与传统两点校正算法和多点校正算法校正结果进行对比，给出了对比实验的校正结果。这种算法不需要标准辐射图像就可对多路CCD 图像进行实时校正。为多CCD 成像系统校正提供了一种有效的方法。

本文介绍了远紫外成像光谱仪的需求和若干关键技术，描述了一种光谱范围为100~300nm，光谱分辨率优于1.67nm 的远紫外波段成像光谱仪的设计方法和定标实验。该仪器基于交叉的切尔尼—特纳型光谱仪光路结构，采用全反射式系统。根据初级像差理论设计了光学系统，使用Zemax 进行了仿真和优化，在紫外—可见光波段对仪器的性能进行实验验证，并进行了光谱定标和成像性能分析。

对光子筛的结构进行了优化设计，通过实验研究了光子筛对355 nm 激光的聚焦特性，并与传统的聚焦元件波带片进行了比较。首先，使用自行编写的光子筛自动生成宏文件程序，优化设计了光子筛图形；制作了特征尺寸为2 μm、适用于355 nm 激光的聚焦光子筛和波带片；搭建了聚焦光斑的测试光路系统，得到了光子筛和波带片对355 nm 激光的聚焦光斑。通过比较分析，得出光子筛具有更好的聚焦特性以及旁瓣抑制能力的结论。

针对一种SiC 材质的非回转对称非球面元件，本文介绍了该元件的加工和检测方法。该实验件的理想面形方程为z=3λ(x³+y³)(x，y 为归一化坐标，λ=0.632 8 μm)，镜胚材料为Φ150 mm 的SiC，加工方式为数控机床和手工研抛相结合。在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间，选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项。去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8 μm，而去倾斜后则为2.06 μm。本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法。直接采用Zygo 平面干涉仪检测工件，检测结果可以分为三部分：工件实际面形与理想面形的误差，工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差。其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除。通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计。由此在一次测量中可直接得到面形误差。实验结果表明，基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV 达到0.327λ，RMS 优于0.025λ，达到设计要求。

本文在借鉴人脸检测算法的基础上，对现有的人耳检测方法进行研究，针对人耳区域小、共性特征少、复杂背景下难以检测等特点，提出了一种分阶段优化的静态彩色复杂背景下的人耳检测方法。首先采用肤色分割将检测范围缩小至肤色区域；接着利用侧脸的先验知识再次筛选；然后对图像进行边缘提取，在边缘图像中利用人耳含有丰富边缘信息的特点进行区域搜索以确定人耳。在该方法中，彩色图像的肤色信息和灰度图像的多尺度边缘以及人耳自身特征被结合起来，对解决人耳共性特征在复杂背景下难以被提取的问题具有较好的效果。实验结果表明，该算法在复杂背景下是有效的。

本文从信息论的角度研究了数字全息信息量与记录光路的关系，证明了同轴傅里叶变换全息是实现全息信息量最大记录的光路。同时提出了一种新的简化相移数字全息显微技术，本技术采用四分之一波片作为相移器，结合计算机模拟原参考光，只需进行一次相移，拍摄两次全息图和一次物光强度分布图就可以有效的消除数字全息再现像中的零级像和共轭像。将新的相移技术与同轴无透镜傅里叶变换全息相结合，简化了相移步骤，实现了数字全息再现实像最高像素输出，从而提高了数字全息再现像分辨力。

针对环视扫描式激光成像引信探测存在着需要光机扫描和较高的激光脉冲重复频率等问题，提出了一种线阵推扫式激光成像引信探测模式并分析了其探测机理。以对坦克目标探测为例，设计了线阵推扫式激光成像引信探测系统，该探测系统采用线阵半导体激光器阵列发射脉冲激光，线阵光电探测器阵列并行接收来实现一维扫描，弹的飞行实现另一维扫描，在获取目标距离信息基础上进行成像。在对阵列单元激光脚印尺寸大小计算的基础上，确定了该探测系统的基本参数包括所需线阵元数、生成图像大小、半导体激光器阵列的脉冲重复频率和峰值功率等，为系统的工程实现提供了理论依据和设计指导。

当采用概率母函数将单传感器PHD 滤波推广到多传感器情形时，针对计算繁琐，难于实现的问题，本文基于集中式融合系统的有序滤波思想，提出多传感器、多目标有序粒子PHD 跟踪算法，该算法通过选取与各传感器相关的重要性密度函数，层层更新各传感器的采样粒子，达到多传感器多目标有序PHD 跟踪。实验结果表明，当仅仅使用单传感器对多目标进行跟踪时，虚警概率较高时一些粒子会严重偏离原始目标轨迹，导致目标数目估计出现偏差，而采用多传感器多目标有序PHD 跟踪可以有效减小多目标距离跟踪误差，提高跟踪精度。

粒子退化问题是影响基于粒子滤波视觉跟踪性能的一个重要因素，为克服这种缺陷，本文将遗传进化策略引入粒子滤波跟踪算法，利用遗传算法的选择策略，根据预定的似然阈值迭代选择每代粒子中次优个体，然后对未选中的粒子实施交叉、变异操作以获得粒子的多样性，从而有效解决了粒子的退化问题。另外，针对跟踪中目标表观变化的问题，本文提出的跟踪算法采用了多模板自适应更新技术以确保跟踪的准确性。实验结果表明，本文提出的跟踪算法能有效地跟踪室内运动目标，并对光照变化、目标姿态变化具有良好的鲁棒性。

为了描述局部特征在图像空间中相对位置关系，提出一种局部特征空间相关核(Spatial Correlation Kernel, SCK)用于图像目标分类。该方法首先提取并量化图像中的局部特征，再计算量化后的局部特征的空间位置自相关度，然后利用直方图交叉匹配两幅图像的空间位置自相关度得到局部特征空间相关核。该核充分利用局部特征的强分辨能力及其空间位置，且SCK 具有线性计算复杂度，满足正定条件，可以运用于基于核的学习算法。本文将SCK 嵌入支持向量机对公共数据库中图像目标进行分类，实验结果表明，SCK 可以获得良好的时间效率和分类性能。

虚拟测试场景的可视化仿真是经纬仪室内性能测试的重要手段。构建了虚拟测试场景仿真系统总体结构，该系统主要为虚拟测试提供三维虚拟场景和场景仿真图像。论述了虚拟场景仿真中基于目标运动特征的轨迹、姿态建模方法及背景云图模拟技术，图像仿真时目标姿态扰动模拟、灰度模拟及目标、背景图像实时合成等关键技术。采用VC++ 和 OpenGL，开发了经纬仪虚拟测试场景仿真系统，应用表明，生成的三维场景、合成出的目标、背景图像及数据有效满足了经纬仪相关性能的测试需求。

稳定控制是光电稳瞄伺服控制的核心技术之一。传统经典控制方式存在超调与快速性之间难以调和的矛盾，很难得到理想的动态性能。为此论文建立了稳定控制系统数学模型；融合模糊控制的快速响应和PI 控制的稳态无误差设计了参数自整定模糊PI 控制器，分析了控制器中各参数的关系，对设计的控制系统进行理论计算和仿真分析；在基于DSP 的数字平台上用软件实现设计的控制器；对系统进行了控制性能测试试验。仿真和试验表明设计的新型控制系统实现了无超调和快速响应的目标。

抛物面型X 射线组合折射透镜是一种适用于硬X 射线波段的新型光学元件。由于采用抛物面型，可以消除球差，因而能够产生亚微米尺度焦斑并具有更好的成像性能。本文给出了旋转轴对称抛物面型X 射线组合透镜的理论研究成果。首先，利用矩阵光学方法，推导了其精确的焦距公式，得到了薄透镜判定准则；其次，根据衍射理论，推导出焦点处的光强分布，得到其极限焦斑大小。最后，本文还给出了透过率和有效孔径的理论公式。针对用Al、Be、PMMA 三种材料制作的抛物面型X 射线组合折射透镜，本文给出了各个光学性能指标的数值计算结果。

针对视频图像中自动提取海岸线的问题，提出了一种基于Radon 变换和彩色图像梯度跟踪模型的海岸线提取算法。根据海水和陆地的彩色图像信息差异，在计算彩色梯度向量的基础上，利用Radon 变换检测线状奇异性的特点，设计剖面分析方法，预测水陆交界处大致方向和动态范围，以达到缩小检测区域的目的；最后采用一种改进的最大梯度跟踪模型对海岸线进行搜索，以提取最终的海岸线精确定位参数。实验结果验证了该算法对海岸线检测的有效性和较强的鲁棒性。

目标定位是机器视觉领域的重要问题。针对传统方法受背景干扰点影响较为严重的问题，提出一种基于边界强度的改进型Hausdorff 距离用于目标定位。该方法在边界提取算法的基础上，利用边界长度、边界梯度和边界闭合度计算目标图像所提取边界的权值，并结合加权Hausdorff 距离建立定位匹配函数。为避免定位寻优过程陷入局部极小点，采用多变量相关的分布估计算法，利用概率模型描述匹配参数之间的相互关系，并以此模型产生优势样本，实现多维目标的准确定位。实验表明，该方法在目标定位的精确性和快速性方面都要优于传统算法。

提出了一种可以对被任意形式的运动所造成的退化图像进行恢复的方法，给出了理论推导，并建立了一套实现系统。解决了以前的恢复方法存在的只能恢复特定运动形式(如匀速直线运动)的模糊图像的局限性问题。在主CCD 曝光的同时，利用低分辨力的黑白快速CCD 获得多帧图像，根据这些图像序列来计算位移，然后求得相对运动的瞬时速度，根据理论分析，点扩展函数和瞬时速度有着对应的关系，进而计算出模糊过程的点扩散函数(PSF)，并用来RL 迭代法来恢复模糊图像。实验结果表明，这种恢复方法对任意运动形式造成的模糊，能够得到较好的恢复效果。

小波图像压缩数据量大，实现需时较长。本文将光学小波变换技术应用于图像数据压缩，分析光学小波变换系统和光学小波变换系数特点，对相关量化编码方案进行仿真实验，提出适用于光学系统的压缩方案，并实现光学小波变换的有损压缩。通过分析光学系统对量化编码噪声的容许程度，提出光学系统的近无损压缩方法。实验结果表明，近无损压缩重建图像与经光学小波变换直接重建图像相比，PSNR 仅有0.1dB 的差异，视觉上没有明显差异。

提出了一种融合激光雷达和单目摄像机的草丛中障碍物检测方法。首先由三维激光雷达测得一系列作为训练样本的距离数据，统计障碍物与杂草的形状特征参数，并利用期望最大(Expectation Maximization)算法求得高斯混合模型(Gaussian Mixture Model)来表征该特征值分布情况。利用该高斯混合模型可以从待测场景提取出候选障碍物区域。同时，采用均值偏移算法对场景的彩色图像进行分割，获得场景的区域信息。借助激光雷达和摄像机联合标定的结果，将激光雷达获得的候选障碍物区域投影至分割后的彩色图像，并进行融合获得最终障碍物判别结果。实验表明该方法能有效地检测出草丛中的障碍物，并具有较高的精度和较低的虚警率。

本文利用荧光标记物的荧光猝灭效应测量水中溶解氧浓度。以塑料光纤作为传感和传光元件，为了提高溶解氧传感的灵敏度，传感头制成双锥形。以邻菲咯啉钌作为荧光标记物，用溶胶-凝胶法制备含有荧光标记物的敏感材料。根据Stern-Volmer 方程，通过测量荧光标记物的荧光强度来测定溶解氧的浓度。文中提出了一个模型来解释荧光强度与溶解氧浓度之间的亚线性关系。通过对所测得的曲线进行拟合，可以得出敏感膜约有85%的厚度不受氧漂白的作用。

分析了F-P 光纤应力传感器工作原理，提出了F-P 光纤应力传感器的数学模型，设计了F-P 光纤应力传感器弹性体结构、光电转换系统。F-P 光纤应力传感器光源电路设计采用APC 电路。APC 电路由两个运算放大器和晶体管以及外围电路组成，采用背向光反馈自动偏置控制方式，即用半导体激光器组件中的PD 光电二极管监测LD 背向输出的光功率。对F-P 光纤应力传感器进行了静态特性标定试验，试验结果表明，该传感器具有较高的测量精度，能够满足工程测量要求。

提出了一种由两个2×2 和两个3×3 光纤耦合器级联组成的全光纤Mach-Zehnder 干涉仪型波长交错滤波器，由光纤传输理论，得到光谱的输出表达式。分析结果表明：组成滤波器干涉臂的第三对臂长差为第一对臂长差的2 倍时，耦合器分光比取一些定值可得到输出波形通带平坦、透射率形态近似于方波的波长交错滤波器，谱线峰间的波长间隔约1.6 nm。通过实验所得的结果与理论相吻合。

针对色度融合容易产生光谱扭曲的现象，本文利用光谱响应函数，传感器偏置和增益等参数从成像机理的角度解释了IHS 融合。建立了描述从光谱密度到全色图像、多光谱图像再到融合图像的过程的新模型。通过对新模型的分析，本文提出了保持IHS 融合光谱特性的条件方程，通过对模型有效的简化进而提出了新的融合方法。而且，本文首次提出利用最小二乘法确定光谱响应函数之间关系并计算融合过程所需要的参数。最后本文分别对QuikBird 图像数据进行实验并与多种改进的色度融合方法做了深入的比较，试验证明本文提出的方法不但提高了多光谱图像的空间分辨力而且对保持光谱特性有更加明显的效果。