针对高精度 CMOS星敏感器的使用要求，本文对焦平面装配的误差进行了理论分析，搭建了 CMOS星敏感器装配及标定测试系统，利用长焦距平行光管像面移动测量方法进行了星敏感器轴上和轴外的星点成像，获取了焦平面离焦量及倾斜数据。在这些数据指导下，成功完成了对某焦距 50 mm，相对孔径 1/1.25，全视场 20°的 CMOS星敏感器的焦平面装配，轴上点离焦小于 0.01 mm，倾斜小于 2′。对装配后的星敏感器在高精度气浮转台上进行了主距测试和畸变标定，标定计算得到主距为 49.77 mm，精度 0.007 2 mm。利用三阶多项式拟合的方法对系统畸变进行了修正，修正后的残余畸变对单个星点测量的精度影响可减小到 6.6″左右，满足高精度星敏感器的使用要求。

运动估计算法是影响立体视觉定位精度的重要因素，传统的 3D-3D运动估计算法受噪声影响很大，计算精度不高。本文提出了一种基于 2D-3D双目运动估计的立体视觉定位算法。算法不使用运动后的特征点 3D坐标，而直接利用其 2D图像投影坐标。首先，利用 EPnP运动估计算法确定匹配内点和初始运动参数。接着，利用双目相机之间的 2D投影几何约束，提出了基于 Levenberg-Marquardt算法的 2×2D-3D运动参数优化算法，利用确定的匹配内点和初始运动参数，使特征点在立体相机左右图像上的再投影误差最小，从而达到最优的立体相机 2D-3D运动估计。仿真实验和户外真实实验表明: 本文算法获得了很高的计算精度、鲁棒性，大大优于传统的基于 3D-3D运动估计的立体视觉定位算法。

随着以渐进多焦镜片为代表的自由曲面加工技术的出现，传统的光焦度计已经不能满足对于这些镜片的光焦度测量。本文给出了采用朗奇光栅法检测自由曲面眼镜片光焦度的光路结构，并详细介绍了其测量原理。通过光线追迹，对该方法进行了模拟仿真，分析了核心器件朗奇光栅的间距对于测量精度的影响。

本文基于结构函数理论出发，研究了 LED热特性测试的方法。通过改变 LED样品的功率输入，利用热测试设备测试 LED样品的瞬态温度变化曲线，再通过对温度变化曲线进行处理，抽取出结构函数，从而分析出 LED样品的热阻和热容等热属性参数。与常规方法相比，这种测试方法具有非破坏性的优点，能够更加准确的测量出 LED各个部分的热阻分布，而且结果可视效果好，是评价大功率 LED热特性的有效评测手段之一。

本文主要研究序列图像超分辨率重建技术。本文提出了一种新的基于分块策略的超分辨率算法，由于采用分块策略，矩阵规模极大减小，且其规模与分块大小相关，而与原始序列大小无关，故能有效降低系统内存开销，提高系统处理效率。实验表明，传统多帧算法对运动估计的精度要求很高，而本文算法对此要求不高，在采用低精度运动估计技术的条件下，本文算法性能要远远胜过传统多帧算法。因此本文算法更为适合实际工程应用。关键词: 中图分类号: 文献标志码: Adoi:

针对有强干扰的细长目标提取，本文提出用中心线和宽度曲线演化来提取目标的 Snake算法，该算法利用细长目标关于中心线对称的特性，用中心线和宽度曲线两个一维函数代替表示目标边缘的二维函数，通过控制这两个一维函数的形变来使 Snake模型能量最小，达到准确提取目的。算法还利用了边缘强度对称性，增加图像力加权函数，能快速避开非对称性边缘的干扰，减少迭代次数。新算法减少控制点数量，降低计算规模，能更快获得结果，能实现全自动分割。实验结果表明该算法具有较强的抗干扰性，能使分割细长目标效果良好。

针对航天高速 TDICCD相机，为了提高其成像质量，提出了对相关双采样信号进行纳秒级延时的精确采样方法和对驱动芯片的温度漂移进行自适应补偿的方法。首先介绍了相关双采样(CDS)的原理，分析了采样位置对 TDICCD相机的影响，然后提出了利用 FPGA内部进位链资源实现纳秒级延时从而对采样信号进行精确调整的方法，同时分析了驱动芯片的温度漂移效应导致对 CCD输出信号的影响，提出了一种针对温度漂移对采样信号进行自适应调整的方法，来满足采样时序关系。利用实际工程中的成像系统对采样位置精度及高低温环境分别进行了实验。实验结果表明，提出的方法能实现采样信号的精确调整，有效的提高图像的动态范围，同时能对驱动芯片温度漂移进行自适应补偿。未补偿前，在低温度 -36℃时图像的信噪比为 37.4 dB，补偿后图像的信噪比为 51 dB。

针对灰度弱相关的可见光和红外图像的配准问题，本文提出了一种基于改进 SIFT特征的图像配准方法。该方法根据 SIFT算子在仿射变换、加噪、灰度变化等情况下的性能，首先在提取特征点时设定阈值来约束受灰度弱相关影响较大的向量幅值，然后采用性能较稳定的相似四边形的精匹配方式删除粗匹配时的误匹配点对，最后使用最小二乘法求解仿射变换系数的最佳解。实验结果表明，本文提出的基于改进 SIFT特征的匹配方法在匹配精度上有明显改善，复杂度上也可行。

针对检测图像多圆问题，该文提出一种利用圆的对称性与旋转变换相结合的圆检测新方法。从圆的几何性质出发，在图像边缘点上以过圆心且平行横坐标的直线为对称轴搜索对称点集 P1；然后图像做旋转变换，再次对称点搜索并做反旋转变换得到点集 P2；利用圆的旋转对称性，圆上的点集即是点集 P1与 P2的交集，从而实现圆的检测。实验结果表明，该算法与当前应用最广的 RHT、RCD圆检测方法相比具有检测速度快，实现简单等优点。

依据显著目标是显眼、紧凑和完整的思路，提出基于过渡滑动窗特征分布贝叶斯分析的显著目标检测模型。首先根据局部区域与其多个尺度邻域的对比得到亮度显著映射图；然后利用颜色信息的空间紧凑性、同质性和孤立性得到颜色显著映射图；同时通过多尺度多方向的 Gabor滤波器组模拟人类视觉系统提取图像块的方向显著映射图。最后将这些显著特征一起输入单尺度的贝叶斯结构模型，通过对比贝叶斯结构模型中窗内和过渡窗外的特征值计算出该像素是显著像素的概率值，最后通过取最大化映射规则计算出输入图像的显著图，从而得到显著目标。将此算法应用于不同图像进行仿真实验，得到较好的显著性检测结果，表明该方法是切实可行的。

为了解决高速多通道 CCD应用时数据传输路数多、数据率高的问题，研制了高速多光谱 TDICCD的图像数据传输系统，并在实际工程应用中取得良好效果。阐述了系统总体设计思想和 FPGA实现方案，并对 FPGA功能划分、时分复用存储及 LVDS接口等设计要点进行详细分析，最终系统实现了 5片 TDICCD共 60通道并行图像数据转 7路串行图像数据输出。实验结果表明，单路数据率最高达到 1.38 Gbit/s，系统总有效数据率达到 8.66 Gbit/s，且系统稳定可靠，方便移植。

针对无人机影像重叠度高，影像处理工作量大的特点，为了提高无人机摄影测量的工作效率，充分发挥无人机技术快速成图的优点，提出了一种利用改正后 POS数据自动展绘控制点的方法。该方法根据无人机 POS数据纠正原理，通过在区域网内布设少量控制点，建立 POS数据改正模型，从而获取 POS数据误差改正参数对原始 POS数据进行改正，利用改正后 POS数据在无人机影像上自动展绘控制点。研究结果表明，该方法对于无人机影像快速处理具有较好的实用价值。

基于 CCD立靶坐标交汇测量原理，提出了通过测量弹头和弹尾过靶坐标进而解算出弹丸攻角的方法，使 CCD立靶测量系统在完成弹丸着靶坐标测量的同时，还可以完成弹丸攻角的测量。对 CCD立靶坐标测量精度进行了分析，推导了攻角测量的相关公式；结合试验，对攻角测量精度作了分析，对方法的可行性进行了验证。结果表明，利用 CCD立靶测量系统进行攻角测量的方法是可行的，用靶场已有的 CCD立靶测量系统可以来完成弹丸攻角的测量，从而充分发挥 CCD立靶测量系统的功能，使其应用范围更广。

针对已研制光学微扫描显微热成像系统空间分辨力较低的问题，基于改进的频域图像配准技术和改进的行处理迭代超分辨力算法，提出了显微热成像系统光学微扫描改进行处理迭代超分辨力图像处理方法。给出了该方法的原理及步骤，采用不同重构方法针对可见光和红外图像进行了仿真研究，给出了评价参数和结论。利用光学微扫描显微热成像系统采集低分辨力显微热图像序列进行了超分辨力处理实验，实验结果表明本文提出方法的有效性，光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力得到提高，可应用于需要显微热分析的场合。该方法还可以应用于其它不可控光学微扫描成像系统中，具有广泛的应用前景。

本文根据分层制造对准系统的精度要求，研究了改善精度的软件补偿措施: 设计了 SUSAN和多帧平均降噪结合的无损滤波算法以减小滤波过程对标记图像产生的畸变；以频域能量谱函数作为系统的聚焦测度函数实现自动聚焦，消减了由离焦引入的对准误差；以校正残差均方差的大小和稳定性为依据确定了三次多项式畸变模型，校正后畸变引入标记定位误差小于 0.25 μm；通过对摆动轨迹的拟合和误差补偿使系统机械不稳定性造成的对准精度损失小于 1.3 μm。通过 Delphi和 Matlab混合编程完成了上述功能的软件实现和集成。

横向加工误差包括对准误差和线宽误差，加工误差对衍射效率的影响是二元光学元件研究的重要问题。本文基于标量衍射理论，提出了一种与 MATLAB相结合的分层计算方法，重点分析了 4阶和 8阶二元光学元件横向加工误差和衍射效率的关系。结果表明，控制 8阶二元光学元件对准误差，可抑制衍射效率的迅速下降，适当调整线宽能够减小对准误差造成的影响。这些结果对二元光学元件的加工有重要的参考价值。该方法简便且适用性强，可对二元光学元件的加工误差进行准确分析。

为提高光刻机工件台的跟踪精度和响应速度，采用了以直线电机和音圈电机为执行器的宏微控制结构。微动台完成高精度小行程运动，宏动台实现大行程运动同时保证音圈电机不出现位移饱和。通过滑模变结构方法设计控制器以提高控制系统的鲁棒性。根据频率整型法设计了时变滑模面，可以起到低通滤波的效果。变增益切换控制律可以有效地减小抖振现象。仿真结果表明，曝光扫描过程中的最大位置偏差为 8.7 nm，标准差为 2.2 nm。扫描速度保持平稳，同时位置偏差信号的高频分量被有效抑制。

针对泵浦偏振态对高精度光纤陀螺掺铒光纤光源平均波长稳定性产生影响的问题，设计了掺铒光纤光源泵浦消偏的结构，该结构采用 Lyot光纤消偏器来对泵浦光进行消偏，理论分析了该结构中 Lyot消偏器结构参数的选取。实验验证了掺铒光纤光源的波分复用器具有偏振特性，会影响掺铒光纤光源平均波长稳定性，采用设计的泵浦消偏结构可有效消除波分复用器具有的偏振特性。在光源结构已被优化，只考虑泵浦偏振态对光源平均波长稳定性影响的情况下，对温箱中的光源进行对比实验，结果表明，对偏振态未加任何控制的掺铒光纤光源平均波长稳定性为 77 ppm，采用泵浦消偏结构的光源平均波长稳定性为 4 ppm，即本文设计的泵浦完全消偏结构使得掺铒光纤光源平均波长稳定性得到了显著提高。

基于卫星的背景特性、材料特性、轨道特性及太阳帆板与卫星本体的相对运动特性，研究了在轨卫星的可见光反射特性。实验测量了三种卫星表面常用材料典型角度的双向反射分布函数，并构建了三种材料改进的 Sun BRDF模型。提出了一种单自由度运动的太阳帆板入射光线矢量计算方法。根据卫星的几何尺寸和表面材料特性，仿真获得了在轨卫星不同观测时刻的反射特性，包覆黄色热控材料和银色热控材料的本体及太阳帆板的反射强度峰值分别为 6.91×104 W/sr、6.42×104 W/sr和 9 707 W/sr。本体和帆板产生的三个峰值信号位于不同的空间位置。仿真结果表明，在轨运行的卫星反射特性受卫星表面材料、几何结构、姿态、轨道参数等因素的影响，且帆板反射特性在卫星整体反射特性计算中不可忽略。

针对椭圆芯保偏光纤模间干涉灵敏度和温度稳定性相对较低的缺点，本文提出了采用保偏光子晶体光纤 (PM-PCF)来设计模间干涉光纤传感器的方案。对一种保偏光子晶体光纤的模间干涉特性进行了仿真研究，分析了 PM-PCF的两个低阶模式 LP01模和 LP11偶模的传输特性，得到了相对有效折射率与波长的关系以及模间相位差同干涉输出光强分布形式的关系。通过实验研究了两个模式之间干涉模斑的远场图样，实验结果表明保偏光子晶体光纤的模间干涉在受到外界应力作用时会发生干涉输出边瓣输出能量强度交替现象，可以用来设计新型的应力传感器。

针对光纤激光相干组束方式对于相干合成效率的重要影响，文章对填充因子如何影响相干合成效果进行了深入的理论计算和仿真分析。同时，考虑相干合成中各路光束光轴之间无法避免指向误差，因此又详细计算和仿真了光轴倾斜度对于相干效率的影响。基于此探索性地提出了复合离轴扩束聚焦的组束方案，建立了理论模型，得出了焦距、束腰、峰值功率之间的内在联系。并且与平行组束方案进行了对比和分析，讨论了各自的优缺点，可以为后续的试验研究提供有力的理论支撑。

风载引起的主镜变形是大口径望远镜必须考虑的问题。针对类似于 Subaru望远镜的薄镜面能动光学系统，采用固定点力反馈控制方法对风载进行校正，本文引入了压强模式的概念，提取出风载产生的镜面变形的大部分信息，并据此对固定点力反馈控制方法进行了研究，得到如下结论: 风载产生的镜面变形主要是平移、倾斜、像散和离焦等低阶像差；相同系数的情况下，平移和倾斜压强模式可以产生更大的镜面变形，对固定支撑点产生更大的力；基于压强模式的固定点力反馈控制方法对风载有较好的校正效果。

利用齐次坐标变换理论分析了计算机数控能动磨盘加工大口径离轴非球面反射镜时磨盘底面需要形成的实时面形，给出了通用的盘面实时轮廓的计算方法。以 NST(新太阳望远镜 )的离轴抛物面主镜参数为例，给出了用现有能动磨盘加工时盘面形状及磨盘变形量的计算结果，并将该方法用于两块轴对称非球面 (Φ1 030 F/1.6椭球面和 Φ1 250 F/1.5抛物面)反射镜的研磨中，加工结果表明该方法可以准确描述加工中磨盘的面形。理论分析、计算和实验结果为今后开展能动磨盘加工大口径离轴非球面反射镜奠定了基础。

主镜面型精度是地基大口径望远镜最关键的技术指标之一。为了研究主镜室以及主镜底支撑和侧支撑系统的重力变形造成的主镜面型误差，介绍了一地基光电望远镜的主镜室及详细的主镜支撑结构，借助于有限元法，建立了主镜，主镜室和支撑结构的详细有限元模型，分析计算了主镜在支撑状态下的镜面变形情况，并通过 ZYGO干涉仪进行了面型检测。计算结果和实测结果对比，说明了主镜室及其支撑结构引入的主镜面型误差大小，同时也验证了有限元模型的正确性。

青光眼的筛查应遵循简易、快捷、有效的原则，本文研发一种高精度快速视野筛选分析仪以满足青光眼大规模筛查需要。该分析仪各个刺激点亮度均匀度好，采用光纤传导分光技术，使得视野刺激点之间亮度差小于 5%；刺激点亮度精度高，采用单片机脉宽调制方式，使得亮度精度达到 0.001 Nit，结合四点视野筛查理论，可进行快速视野检测，完成对青光眼的早期诊断。

合肥工业大学开发的固态体积式真三维立体显示器包括单片 DMD、UHP投影光源、RGBRGB六段 4倍速色轮、方棒、 20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等，存在刷新率低、色域小的问题。本文设计了基于 LED的投影照明系统，包括 RGB三原色 LED发光模块、混合聚光镜、 X棱镜等，替换样机中的 UHP光源和色轮。红、绿、蓝 LED顺序发光，光线经准直后进入 X棱镜，在方棒的出射端顺序形成红、绿、蓝均匀矩形光斑。 LED照明系统无需色轮分色，显示刷新率可达到 60 Hz。仿真和试验结果证明本文设计的 LED照明系统完全满足真三维立体显示的要求。

在较小体积的照明系统中实现较好的照明效果是近年来微投影仪的主要发展方向。本文在对 DLP (Digital Light Processing)微投影显示系统进行分析的基础上，提出了一种紧凑的基于 LED光源的单片式 DLP照明光路结构。当照明光斑尺寸满足 0.3英寸的 DMD(Digital Micromirror Devices)芯片时，中继系统的长度缩短至原来的 50%左右。并利用 ZEMAX软件分别对基于理想点光源和扩展面光源的照明系统进行了建模仿真。追迹 50万条光线的仿真结果表明，本设计在两种光源模型下都可得到均匀的照明光斑，系统的光能利用率在 33%左右。