为了实现运动目标的检测，提出使用一种基于自适应阈值和主成分分析(Principal Components Analysis，PCA)的运动目标检测方法。首先，拍摄一组静态环境下无运动物体的图像以得到PCA 使用的变换矩阵。通过变换矩阵，连续的图像可以被映射到变换空间；相反，变换后的图像通过逆变换也可以被还原。通过计算原图像和还原图像之间的欧氏距离，可以实现运动目标的检测。欧式距离大于阈值的图像区域被认为属于运动目标。算法通过阈值的动态调整得到自适应阈值，从而在很大程度上实现对光照等环境条件变化的补偿。实验结果表明，此方法具有较好的鲁棒性和有效性。

为了在航拍视频中准确实时地提取出运动小目标，提出了一种改进后的ORB 特征匹配和差分相乘算法融合的检测方法。首先，针对原始ORB 特征匹配算法出现大量误匹配对的问题，采用基于K 最近邻的特征点描述后，对前后两帧特征点进行双向匹配，再通过顺序抽样一致性算法进一步提纯，利用提纯后的匹配点对解算背景运动模型，精确补偿背景运动量，最后利用连续四帧图像差分相乘的方法并经过形态学处理准确分割出航拍视频中的运动小目标。实验结果表明，经过本文算法提纯后匹配对准确度提升到99.9%，平均耗时0.46 s，处理速度约是SURF 特征匹配算法的5 倍，SIFT 特征匹配算法的25 倍，能够满足航拍视频实时处理的需求并具有较强的抗噪能力。

弹光调制器会受到自身热耗散影响导致弹光晶体自身温度改变，固有频率随温度漂移引起弹光调制的不稳定和调制效率的降低。针对该问题，本文提出频率自跟踪技术。该方法根据温度对弹光调制系统的影响，建立弹光调制系统的动态模型得到反馈信号与高压驱动信号之间相位差最小对应谐振频率的关系,结合基于FPGA 的多通道数字频率和成技术和数学锁相环技术设计并完成了频率自跟踪系统。经实验验证，该设计可实现对频率漂移的跟随，且在驱动信号变化和启动弹光调制器时能自动找到弹光晶体的谐振频率并保持稳定，提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。

针对EAST 托卡马克等离子体可见光成像系统进行了设计。考虑等离子体成像性能要求和使用环境的特殊性，采用独特的光路形式，在满足光学指标前提下，减小了光学元件受到的辐射和污染。最终设计完成了通光口径2.5 mm，焦距6 mm，视场60°×50°，波段380 ~780 nm 的广角高速可见光等离子成像系统，并对杂光进行分析，采取了有效的抑制措施。装调后对各项指标测试结果表明，系统性能达到设计要求。通过对EAST 托卡马克装置的放电过程成像实验表明，系统实现了高速、广角、清晰的等离子成像。

为了满足军用瞄准镜使用中需要配备护眼罩和防毒面具等的要求，需要目镜光学系统的出瞳距离较长。分析了长出瞳距目镜的光学特性与像差特点，提出了正、正、负三镜组的结构型式。根据像差理论，采用解析法推导了光焦度分配公式。利用光学设计软件ZEMAX 设计了长出瞳距目镜，系统焦距为20 mm，出瞳直径为5 mm，视场角为40°，出瞳距离为40 mm，相对镜目距为2。设计结果表明，采用该方法设计的目镜在40 lp/mm 处各个视场的传递函数均在0.2 以上，满足目视光学仪器的使用要求。

本文针对生物显微镜对于自动调焦的要求，通过光学仿真和实验验证了液体镜头技术在生物医学显微镜自动调焦方面的应用。首先基于液体镜头的分类介绍了市场上具有代表性的Varioptics 和Optotune lens 公司的液体镜头产品的原理和特点，通过对比这两种液体透镜的特点，选择Optotune 公司的液体镜头作为显微镜自动调焦装置。其次，本文根据液体镜头的光学参数，将其集成到现有的显微镜系统中，使用Zemax 软件模拟了系统的变焦过程，并仿真了系统的光学性能。最后对Optotune 液体镜头在生物显微镜上的调焦功能进行了实验验证，并获取了系统在不同焦距的图像。实验结果表明，液体透镜可以使系统的景深扩展1 mm 以上，并且保持了良好的成像质量。基于液体镜头技术的显微镜自动调焦技术具有结构紧凑，低成本，快速调焦的特点，同时也能满足较高的成像质量。

光刻投影物镜中透镜的面形精度是影响光学系统成像质量的关键因素之一。为满足透镜面形精度RMS 值优于1~2 nm 的指标要求，本文提出了一种具有整体径向挠性的透镜多点均匀支撑结构，基于自重变形和热变形对支撑块尺寸进行了优化设计，分析了透镜在优化后的支撑结构下由自重和热载荷引入的面形变化情况，结果表明：自重引起的透镜上表面面形去除power 项后RMS 为0.429 nm，下表面面形去除power 项后RMS 为0.294 nm；热载荷引起的透镜上表面面形RMS 为0.409 nm，下表面面形RMS 为0.063 nm，能够满足光刻投影物镜中透镜的高精度面形要求。

针对三维图像数据获取和显示结合的问题，本文设计了一种融合数据采集和显示的端到端系统。该系统根据人眼自然观察方式，采用对应的采集和显示方法提供对物体从输入(采集)端到输出(显示)端可视化的逼真体验。本文重点阐述了系统中采集、传输以及显示部分的软、硬件结构的设计实现，其中输入(采集)端使用相机阵列对物体进行采集，图像经过采集校正后传输到由投影阵列组成的输出(显示)端，进行投影校正后再投影到各向异性散射屏上，以多视真三维显示的方式进行显示。本文对不同参数下的实际物体显示效果进行了对比试验，结果表明，通过合理选择参数，该样机可以很好地以真三维的方式显示采集得到的图像。

针对一般光反应器的不足，双面金属包覆波导能够把光耦合进入导波层中激发出超高阶导膜，波导中入射波与反射波相互叠加形成驻波，继而在导波层中出现一系列的光能量增强点(被认为是光陷阱点)。基于这种光学特性，设计了一种新颖的液芯双面金属包覆波导光反应器。采用含有二价铁离子和三价铁离子的混合盐溶液充当导波层，激光耦合进入导波层中两小时后，在该种特定光场分布的作用下，制备出了合成产物。通过对产物的分析，确定合成产物为磁铁矿γ-Fe_2O3。

：针对目前砷化镓吸收式光纤温度传感技术的数据解调方法叙述不详解且解调精度不高，本文以砷化镓光纤温度传感器的吸收光谱随温度变化的关系为基础，研究了一种基于光谱分析的砷化镓吸收式光纤温度传感技术的温度解调方法，提出一种新的数据处理流程。本文采用标准温度测量系统验证了该解调方法和数据处理流程。结果表明，在25℃~70℃区间内，测量精度小于±0.1℃；在70℃~250℃区间，测量精度小于±0.7℃。

针对现有光纤倏逝波传感器灵敏度不高、不易封装等问题，本文提出一种超长分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟，分析相同纤芯直径，不同结构和溶液浓度对传感器灵敏度的影响，通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器，并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明：在腐蚀深度不变的情况下，增加传感长度和采用分段结构可以有效的提高传感器的灵敏度和检出限，该传感器对亚甲基蓝的探测浓度可达到10^{-6 mol/L 量级，其灵敏度高，结构简单，易制备，成本低，在物质光谱检测方面有着潜在的应用。}

针对杂波环境下标准的势均衡多伯努利滤波器不能有效跟踪多机动目标的问题，本文提出了一种新的多机动目标跟踪算法。该方法将势均衡多伯努利滤波器与“当前”统计自适应模型相结合，对目标的运动状态矩阵进行扩维，改变了目标状态转移矩阵和过程噪声方差，增加控制矩阵，实现目标加速度的自适应调整，从而使新算法能够适应目标运动状态的变化。仿真结果表明，在机动条件下，新算法能有效地跟踪多机动目标，而且跟踪精度较高。

基于铌酸锂光折变光栅和表面等离子共振(SPR)效应，设计了一种绝缘体-金属-绝缘体结构的滤波器，利用二维有限元法仿真得到，波长656 nm 时SPR 角度为46.399 5°。在定义了光折变复合折射率的基础上，理论推导了SPR 波长对双光束半角的灵敏度。最后研究了铌酸锂晶体内不同光栅周期时，宽光谱光源固定入射激励SPR的光谱特性，发现反射光谱中满足SPR 的波长被滤除；改变光折变光栅周期，SPR 所激励的波长发生偏移。该器件有望用来实现可调谐滤波。

研究CCD 受到射线辐照后的电离辐照效应或者损伤机制，对于在辐射场环境下如何正确应用CCD 开展科学研究具有重要的意义。针对面阵CCD 的辐照损伤效应的测试方法的要求，选用ICX285 面阵CCD 作为实验样品，结合辐照板离线和参数测试装置研制了离线式的测试系统，并且针对辐照实验的测试要求，设计了积分时间可调和过扫描设计两种功能，以获取CCD 的暗信号和转移效率的变化。在60Co-γ 射线源上，运用该系统开展了电离辐照效应实验，获得了受到射线辐照后面阵CCD 暗信号的变化规律。

针对临床采集的血管内超声(Intravascular Ultrasound, IVUS)图像序列数据量巨大，由人工逐帧检查和分析非常繁琐且客观性差的问题，本文提出两种自动检索IVUS 图像序列中关键帧的方法。其一是基于血管形态的方法：首先提取图像中的血管壁轮廓，并使用符号聚集近似(SAX)算法对轮廓包围区域的面积序列进行量化编码，进而计算出相邻两帧的血管横截面积序列之间的欧氏距离，提取出关键帧；其二是基于图像灰度直方图的方法，即通过计算图像灰度直方图之间的巴氏距离提取关键帧。利用临床采集的图像数据分别验证了两种方法的可行性，定量评价结果表明基于血管形态的方法压缩比高，有效降低了图像序列的冗余度，提取关键帧的准确性更高，代表性也更强，但其效率较灰度直方图的方法低。

本文针对频域光学相干层析成像技术(FDOCT)受到复共轭镜像影响严重的问题，提出一种K 域抽取的色散编码稀疏重构算法(DEFR)。通过在系统的参考臂和样品臂引入一定的色散量，利用数值色散补偿算法精确提取色散因子，采用稀疏重构算法对纵向扫描信号进行迭代提取峰值点及其镜像的频域光谱，减少了迭代中傅里叶变换的次数，实现了对复共轭镜像的压缩。实验结果表明，该算法在有效抑制镜像的同时运算效率提高了46.1%。