为了提高基于CCD 图像测温的准确性，针对波长的选取对温度计算结果产生的较大影响，提出了一种不依赖于CCD 光谱特性及其三基色代表性波长的改进比色测温方法。利用三基色中两两基色与温度的关系得到三个温度解，最后利用三个温度解之间的相关性进行优化，得出最优温度解。改进方法不仅避免了由于选取波长带来的测温误差，而且得到的计算值更加接近真实值。实验结果表明，改进的比色算法较传统方法的测温误差减少了1.16%，提高了比色测温法的准确性和实用性。

本文提出了一种分块技术，在保障图像旋转精度的前提下，实现图像的快速旋转。该算法只需对图像的一小块区域进行旋转，然后通过简单的坐标变换即可获得整幅旋转后的图像。同时为了便于硬件实现，提出了一种用于事先存储仿射变换信息的Dart 模型，将该模型与图像分块技术相结合可以消除图像旋转算法中的浮点运算，使得算法适用于一些无法处理浮点运算的处理器。经测试，本文提出的算法具有高精度、高速度等特点。

为实现保持图像边缘锐度的快速插值放大，提出了基于图像曲面曲率信息的类双线性插值方法。首先鉴于双线性插值的低通滤波固有特性，引入像素的值变化以构造类双线性插值模型；为获得相邻像素点的方向趋势，将灰度值模拟为地表高程并与二维坐标形成空间曲面；最后以指定方向的曲面的剖面曲率作为图像边缘等结构类型的判别依据，自适应优化两组两像点均值的方向权重从而获得丰富的像素插值先验。合成图像的两倍插值实验显示，峰值信噪比PSNR 提高7.8 dB，图像框架相似性SSIM 改善0.1。本方法计算类型简单且复杂度低，易于定点平台的实时应用。

提出了一种由眼动感知信息引导区域生长的彩色图像感兴趣区域提取算法。在对被试眼动感知数据分析的基础上，算法首先提取感兴趣位置点，然后以这些点的邻域信息作为种子点，在特定的颜色空间中采用颜色同质准则提取出一系列初始感兴趣区域，最后将这些区域按照被试的“关注度”进行排序得到最终的感兴趣区域。算法在RGB、HSV、L*a*b 等颜色空间中进行了测试。实验结果表明，提出的算法在RGB 和HSV 色彩空间中得到的感兴趣区域更加符合人的主观感知，具有一定的应用价值。

介绍了瓦斯浓度传感器系统的基本原理，提出了基于正交偏振光的差分吸收式瓦斯浓度检测模型，建立了瓦斯浓度传感器的数学模型，设计了传感器系统结构以及光路和气室结构，并对传感器进行了实验研究。传感器系统利用起偏器将两束不同波长的单色光转变为正交偏振光，然后让这两束正交偏振光同时通过检测气室，最后用渥拉斯顿棱镜将两束单色光分开，并用光电探测器分别实现两束单色光的光强信号提取。实验结果表明，使用该方法提高了系统的灵敏度和分辨率，传感器线性度和稳定性好，抗干扰能力强，具有良好的检测效果。

针对三维不规则非灰吸收介质的辐射传递问题，提出用混合有限体积/有限元法对其求解。在直角坐标系下，详细推导了混合有限体积/有限元法的计算过程；并结合向量和矩阵运算的相关理论，给出一种能够耦合边界条件的有限元方程的总体合成方法。以姿控推进器喷管扩张段和其内部的吸收介质之间的辐射传递为求解对象，采用该方法得到喷口的光谱辐射亮度和3~5 μm 波段辐射热流密度。把该结果和有限体积法的计算结果相互比较，发现：当空间离散数值或立体角离散数值越大时，两种方法得到的相同点源处的光谱方向辐射亮度越接近。此结果表明混合有限体积/有限元法能够较准确地求解三维不规则非灰吸收介质的辐射传递。

针对脉冲位置调制(PPM)和差分脉冲位置调制(DPPM)等方法存在的问题，提出了一种新的双宽度多脉冲位置调制(DDMPPM)。给出了相应的编码结构，分析了传输容量、带宽需求和平均功率效率，研究了弱湍流信道模型下的差错性能，并与开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、多脉冲位置调制(MPPM)、脉冲宽度调制(PWM)和差分脉冲位置调制(DPPM)等调制方式进行了比较。理论分析和仿真结果表明，DDMPPM 的误包率与MPPM 相近，劣于PPM 和DPPM，但明显优于OOK 和PWM，而且比PPM 和PWM 具有更高的带宽效率和传输容量；另外DDMPPM 与PPM 和MPPM 一样，符号长度固定，不会引起调制器等待或缓冲器溢出等问题，同时增加了内置符号同步能力，简化了接收机的设计，因而在自由空间光通信网络中将具有一定的应用前景。

为满足自适应光学系统波前传感器需要高帧频、高灵敏度的要求，针对E2V 公司的高帧频、低照度EMCCD芯片CCD60 设计了外围驱动电路。系统采用FPGA 作为主要的逻辑控制和时序信号发生器件，采用EL7156 管脚驱动器将TTL 电平转换为CCD60 需要的驱动电平，并用DDS(直接数字合成器)产生正弦波通过高压放大模块来产生高压增益信号，实现电子增益控制。所设计的高压放大驱动信号可以通过软件实时调整电压幅度，能很好地控制增益电压，产生电子增益。该驱动电路已成功应用在CCD60 高帧频，低照度成像系统中。

本论文针对如何实现道威棱镜光轴与旋转轴平行，将道威棱镜转像理论与光学定心加工结合，提出了基于光学定心加工的道威棱镜组件装配方法。该方法根据道威棱镜旋转轴偏转时其出射光束发生变化的特性确定道威棱镜光轴，并通过车削的方式保证其镜筒外圆旋转轴与其光轴平行。本文具体提出两种道威棱镜组件定轴方案，分别为平行光管定轴方案以及激光定轴方案，此两种方案可有效保证道威棱镜反射面轴线(道威棱镜光轴)与旋转轴的平行度，定轴精度优于0.01 mm。

针对指针式仪表的判读和计量校准，本文提出了一种新颖实用的基于数字图像处理技术的读数识别方法。首先对图像进行预处理，包括图像分割、图像滤波及膨胀细化等步骤，其中采用了一种改进的自适应中值滤波方法来改善图像效果；然后用改进的、双阈值的霍夫变换提取出图像特征信息，创新性地利用仪表表盘刻度与角度的线性关系得到指针读数，并且对于指针与整刻度线重合的情况进行了后期校正。实验结果表明，该方法对于指针角度识别十分有效，且具有较高的精度和实时性，有很强的实际应用价值。

传统的摄像测量技术用于测量物体三维位姿及其变形时，通常只能应用于可通视的物体之间或处于同一个视场的物体之间。多摄像机接力传递位姿测量通过接力传递的方式，可以实现对大型结构体中不通视物体之间或大视场范围内物体之间的位姿及其变形进行测量。本文首先对多摄像机接力传递位姿测量方法的基本原理进行了阐述；然后，通过对其硬件结构特点进行分析，提出了相应的软件功能模块与程序控制流程；最后，按照经典的“客户机-服务器”模式分别开发设计了分机软件和主机软件，并用Visual C++语言予以实现。经过大量室内、室外及海上实船实验证明，该软件系统操作简单，使用方便，运行稳定可靠，可扩展性较强。

本文基于衍射理论，采用更接近光盘实际情况的椭圆形信息坑点的沟槽型蓝光盘片模型，计算了聚焦光斑在光盘表面扫描过程中的出瞳光强分布，得到位相移动DPP 循迹误差信号。并在此基础上对比分析了传统方形坑点模型与椭圆形坑点模型的盘片的径向倾斜角度对循迹误差信号的影响。结果表明，在更高存储密度的超高密度光盘系统中，容量达到50 GB 的盘片对径向倾斜的敏感度很高，为保证盘片的正常读取，需对该系统进行倾斜伺服使倾斜角度不超过0.15o。

摩擦非线性造成机载光电跟踪平台伺服系统低速不平稳性，增加了系统的稳态误差。常规PID 控制难以满足光电跟踪平台高精度伺服系统的性能要求。采用一种新的二阶离散系统最速控制函数设计自抗扰控制器，将它作为机载光电跟踪平台伺服系统的位置环控制器。实验结果表明，当系统跟踪幅值为0.5°、频率为0.159 Hz 的正弦输入信号时，在0.5 s 之后，采用自抗扰控制的光电跟踪平台伺服系统的位置跟踪误差小于±(4.1×10-3)°，速度跟踪误差小于±0.024°/s，说明该自抗扰控制器有效地补偿了摩擦非线性，提高了伺服系统的位置和速度跟踪精度。

由于无法对调整架各维调节自由度之间的坐标耦合关系进行量化和补偿校正，一般在光学系统装调中通常忽略坐标耦合情况，造成光学调整的误差。本文通过数学建模与仿真，详细分析了多维精密光学调整架各维运动自由度之间的耦合关系，对多维光学调整架的各维调整量进行分解变换，对各维调整量之间的坐标耦合进行了补偿校正，测试结果表明，该方法可以有效减小实际机械调整量和期望的光学调整量之间存在差异，从而实现更加准确的光学调整。

本文针对数字图像处理和计算机视觉中的圆检测问题，提出了基于半径/中心约束的模糊C-球壳聚类算法。首先利用共形几何代数理论以球壳替代传统的点作为聚类原型，以共形空间中模式与球壳的内积来表示模式与球壳的距离关系，并引入模糊隶属度函数来体现待分类模式和与之对应的球壳的隶属关系，给出了基于半径和中心约束的模糊C-球壳聚类算法的目标函数，最后给出了求解此类约束条件下目标函数最小化的统一方法。通过人工数据集和真实图像上的实验，均表明该算法能够有效地对球壳形数据进行模糊聚类，以及对数字图像进行圆检测。

以建立在能量守恒定律得到的塔克(Tauc)关系为出发点，推算出一个三参数方程用来以光谱实验数据获得更加精确和可靠的材料的禁带宽度。禁带宽度Eg、材料性质指数n 及取决于跃迁种类的常量A 自然而然地以参数形式出现在这个参数方程中。于是当对实验数据进行最小二乘方非线性拟合后，就能得到表征材料特性的关键指标禁带宽度Eg、材料性质指数n 和取决于跃迁种类的常量A 的最佳值。应用结果表明该方法能够非常精确、方便、快速地获取材料的禁带知识，很有可能是一种在半导体材料研究方面得以应用的好方式。

本文以黄酒近红外透射光谱为研究对象，探讨光谱预处理方法对黄酒酒精度快速定量检测模型的影响，对比分析了采用平滑、一阶导数、二阶导数、多元散射校正、标准正态变换结合去势等五种传统方法和小波变换、傅里叶变换、正交信号校正等三种新方法预处理后光谱的偏最小二乘建模效果。结果表明，正交信号校正处理后，模型交叉验证R 和RMSECV 分别为0.998 和0.135 7，优于其他预处理方法。具有降噪性能的算法预处理性能要优于具有锐化性能的算法，说明了光谱中的随机噪声是影响建模精度的主要因素。研究结果为建立稳健的黄酒酒精度近红外快速检测模型提供了有效的预处理方法，对黄酒品质在线快速检测具有参考价值。

地基大视场天文光电观测系统获取的序列图像中，空间目标和数目众多的恒星目标成像特性相似，大部分都表现为弱、小目标特性，需根据二者特征之间的微小差异实现目标的正确可靠识别。首先分别从空域和时域的角度出发，将目标的成像特征分为静态特征和动态特征，并提出了相应的特征计算方法。然后结合实测数据，根据目标的特征提取结果深入分析了空间目标和恒星目标的成像特征，并详细比较了两者的成像特征差异。空间目标和恒星目标的成像特征提取和分析，为空间目标虚警的消除提供了大量的判决依据，有助于空间目标的低虚警率检测识别。

设计了一种基于光纤导入的太阳敏感器，其包括三个部分：光学头部、光电传感器和太阳偏移角度的算法。光学头部采用两对对称光纤和一根中心光纤，通过计算每对光纤导入光能的差分值，获得太阳与航天器自身坐标系统的相对角度关系。该光学结构兼顾了大、小视场，提高了太阳敏感器定位精度。采用光纤作为太阳光的导入器，将光能导入置于航天器内部的光电敏感元件，以防止宇宙中高能粒子直接轰击传感器而造成损坏。简要介绍了电路的构成和信号的处理。分析了测量误差并提出补偿措施。初步试验表明，系统精度可达到±0.15°。本设计将适用于航天飞行器定位和一些地面太阳跟踪系统。

提出一种新的标靶校正方法。首先，用一台数码相机从不同角度拍摄标靶，获取多幅图像。分别提取各图像中标志点的中心作为特征点，根据标靶图案的拓扑关系，建立各幅图像间同名标志点的对应关系，并结合光束平差计算特征点的三维坐标，该特征点的三维坐标由尺度因子所约束。最后，根据任意两个特征点的实际距离来获取尺度因子，并将各特征点的三维坐标缩放至实际尺寸。经实验验证，本方法校正的标靶具有较高的精度，操作简易，成本低，可广泛适用于视觉测量及系统标定。

从实验和理论两方面来研究了亚波长样品中周期变化时对透过曲线的影响。首先，利用聚焦离子束刻蚀方法和电子束直写系统制备了实验样品：正方和六角晶格空气孔及H-形空气槽。然后，研究了正方和六角晶格空气孔在可见光及近红外波段周期性对透过曲线的影响，证明表面等离子体对透过曲线的增强作用。测量了H-形空气槽在近红外波段的透过曲线，通过H-形空气槽的宽度和周期变化时，透过峰的位置和透过率都有明显变化的实验，进一步证明：表面等离子体对透过光增强起决定性的作用。理论模拟都是基于平面波的传输矩阵方法(TMM)，实验和理论模拟很好的结合起来。

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构，利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究。结果表明：光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时，会在光子晶体表面产生非辐射传播模，即表面波，而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制。此外，表面波对应的角度位置对光子晶体最外端的环境折射率与厚度敏感，可以应用于高精度的质量传感。

本文给出利用数字滤波器的设计方法设计光学薄膜的具体过程。由数字滤波器设计软件，按照光学薄膜的设计要求给出光学薄膜目标谱传递函数，将光学薄膜传输矩阵表示为格型数字滤波器传输矩阵的数学形式，导出等光学厚度光学薄膜传递函数的递归关系式。利用光学薄膜传递函数递归关系，采用剥层算法计算出各膜层的折射率，得到满足目标谱传递函数的膜系结构。以具有等光学厚度的1/4 膜系为例，分别给出四层减反膜和八层反射膜的两个设计实例。

为了拓展压缩传感(CS)的应用潜力，提出一种结合双树轮廓波(DT-Contourlet)及CS 的多聚焦图像融合方法。该方法首先采用DT-Contourlet 对源图像进行分解，提取图像的多尺度信息及方向信息，克服传统轮廓波变换不具平移不变性的缺点。接着，在DT-Contourlet 域，将分解系数看成包含稠密和稀疏两部分；对稠密成份，根据散焦的表现形式，采用邻域梯度作为清晰度指标，用选择法实现融合处理；对稀疏成份，则在CS 框架下，通过少数线性测量的融合，依据L1 范数最小化，采用两步迭代收缩的重构算法，得到融合结果。实验表明，该方法重构时收敛速度比正交匹配追踪法快，且融合结果无论在视觉质量及定量指标上都明显优于传统方法。

本文研究多孔径合成孔径雷达(SAR)通道间的失配问题，提出了一种在两个SAR 原始数据域进行两步滤波的通道均衡方法。针对天线波束方向图差异进行距离多普勒域上的幅相滤波，在距离频域方位时域进行的幅相滤波针对的是频率响应差异。在第一步滤波中，为消除通道间的确定性差异，对高相干性区域构造一个自适应滤波器，对噪声区域则采用非自适应滤波。经过第二步滤波后，噪声被滤除，剩余就是运动目标信号。机载实测数据处理验证了原始数据域通道均衡方法的可行性。