虹膜定位是虹膜识别过程中的重要环节,定位速度和精度决定了整个虹膜识别系统的性能。提出了一种基于人眼灰度分布特征的虹膜定位算法,该算法利用形态学运算实现瞳孔圆心粗定位,采用划分区域求灰度均值隔项差值最大值的方法实现外圆半径的粗定位,并通过分层聚类的方法实现内外边界的精确定位。实验结果表明,与经典的虹膜定位算法如Wildes算法、Daugman算法相比,该算法定位结果更加准确,定位速度大幅度提高。

在多探测器子孔径组合图像拼接过程中,由于子图像边缘质量差、重叠区域少,而造成拼接图像拼缝明显。为此提出了先对子图像进行灰度校正,再进行图像拼接的新算法。该算法结构简单,易于硬件实现,便于移植到实时多探测器组合图像拼接系统中。仿真结果表明,拼接后图像重叠区平滑过渡,效果良好。

原始图像数据经过小波变换后,根据子带系数之间在空间上和方向上所呈现出的带间相似性,将像素集合重新定义为集合树。通过对直流系数量化编码和交流系数比特深度编码中的参数K和熵编码中长度分别为3 bit码字(choice1)和4 bit码字(choice2)的编码方式的选择实现数据的渐进性编码,使产生的码流具有内嵌特性,可以对任意码流进行截取和译码,实现对码率的有效控制。提出了一种具有复杂度低、易于硬件实现的图像有损压缩算法。经过系统仿真证明此算法有利于提高重建图像的质量。

利用蓝牙无线通信方式解决大型光学镜面加工中对能动磨盘的控制。该方法利用单片机控制蓝牙模块,采用基于HCI层的单片机对蓝牙模块控制的方法及PC机端通过RS232接口连接蓝牙模块互相配合,实现PC机与能动磨盘之间的通信。单片机根据蓝牙HCI层协议对蓝牙接收和发送数据进行处理。在蓝牙传输协议的基础上给出了应用于镜面能动磨盘加工中的软硬件实现方案。该技术克服了现在使用导电环带来的易磨损、成本高的缺点,对降低加工成本,减少复杂的工业布线有很大的意义。可以替代其他镜面加工中的导电环来进行控制数据传输,也可应用在其他无线串行通信领域。

以表面经过喷施不同浓度农药后的脐橙为研究对象,采用可见/近红外漫反射光谱技术定性检测脐橙农药污染的程度。采集脐橙350~1 800 nm范围的光谱。应用多元散射校正(MSC),标准正态变量(SNV)变换,一阶微分和二阶微分四种不同预处理方法,分别在430~1 000 nm、1 000~1 800 nm和430~1 800 nm三个光谱范围内建立识别脐橙污染程度的偏最小二乘法(PLS)数学模型。比较分析得出试验结果:波谱范围取430~1 000 nm,采用一阶微分的预处理方法时应用PLS校正方法的结果最优,其预测值和真实值之间的相关系数和预测均方根误差分别为0.983 0和0.148 2。研究结果表明,可见/近红外漫反射光谱技术可以定性检测脐橙的农药污染程度。

为了实现多摄像机之间同步曝光积分,对摄像机同步的原理和方法进行了研究。结合动态目标多目摄像测量方法设计并实现了同步采集系统,提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块USB-4711A作为同步触发信号发生器,该设备具有USB接口,支持即插即用。利用Visual C++平台开发了控制程序,能够根据图像采集频率和摄像机触发电平调节同步触发信号的周期和波形。经过验证,所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10 μs,并且具有设备简单、使用方便、成本低等优点,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案。

由于太阳光散射在地球大气中产生的背景辐射使得可见光传感器极易饱和,导致在白天测星很困难。通过分析可知,红外传感器在白天测星的概率比可见光传感器要高得多。针对红外测星特点,介绍了一种短波红外光学系统的设计方法,给出了一种工作波长为2.0~2.5 μm,相对孔径为1.4,焦距为140 mm的镜头设计过程。该镜头结构紧凑,用材特殊,能适应-50~70 ℃的环境要求,实现全天候测星。

采用PCI-6251数据采集卡和LabVIEW平台,设计了一套半导体光源的P-I特性测试系统。该系统通过软件驱动数据采集卡为发光器件提供合适的驱动电压,采集发光器件的光功率和驱动电流,实现了P-I特性曲线的测量、分析和存储等功能。测试结果表明该系统设计成本低、测量效率高、人机界面友好、操作简单、扩展性强,适用于教学、实验及科研等领域。

针对果品品质检测中内在品质检测的难点,分析了果品软X射线检测的图像特点,根据正常果肉与变质部分的成像差异,提出了基于一类支持向量机分类器和外轮廓检测的软X射线果品品质在线检测算法。算法通过超球面OC-SVM建立分类器,根据果品图像由边缘到果核的环状灰度变化,以正常果肉的相对灰度和相对位置作为训练样本,统计计算得到正常果肉的灰度分布范围;轮廓识别采用坐标变换及曲线求二阶导数,避免了果核位置判断误差造成的误判。实验证明,该算法对于内、外部果肉变质的水果,都有良好的识别效果,识别率达88%以上。

提出了一种用朗奇法定量检测大口径非球面的新技术。主要以大口径非球面镜的加工表面为研究对象,设计了大口径非球面检测系统,该系统由CCD摄像机、He-Ne激光器、郎奇光栅、微型计算机等组成。并利用大口径非球面检测系统对一个顶点曲率半径为1 638.69 mm,被测曲面半通光口径为315 mm的光学元件的面形进行了实际测量,给出了光学元件标准偏差和峰谷值测量结果。最后对测量结果进行了讨论。研究结果表明:基于郎奇法的几何原理,利用CCD摄像系统定量检测大口径非球面的方法具有较高的精度。

结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜(K9基片)和单层HfO2薄膜(K9基片)的椭偏参数,并用Sellmeier模型和Cauchy模型对两种薄膜进行拟合,获得了SiO2薄膜和HfO2薄膜在300~800 nm波段内的色散关系。用X射线衍射仪确定薄膜结构,并用原子力显微镜观察薄膜的微观形貌,分析表明:SiO2薄膜晶相结构呈现无定型结构,HfO2薄膜的晶相结构呈现单斜相结构;薄膜光学常数的大小和薄膜的表面形貌有关;Sellmeier和Cauchy模型较好地描述了该波段内薄膜的光学性能,并得到薄膜的折射率和消光系数等光学常数随波长的变化规律。

激光光泵碱金属磁力仪具有很高的灵敏度,测量范围可以从地球磁场到生物磁场。给出了铯(Cs)光泵磁力仪的理论分析和系统设计以及磁场梯度测量原理,铯原子能级在I-J耦合时形成超精细结构,在外磁场的作用下超精细结构进一步产生塞曼分裂形成塞曼子能级,利用激光泵浦和射频磁场能够使电子在超精细结构中进行能级跃迁,产生光磁双共振的结果,最终通过共振频率就能够达到精确测量外磁场的目的。

为研究大气结构常数、湍流特征尺度、跟踪距离以及接收孔径对激光跟踪系统角精度的影响，采用同时包含湍流内尺度和外尺度影响的综合湍流谱对大气湍流中激光到达角起伏引起的激光跟踪系统角误差进行了数值模拟。结果表明:激光跟踪系统测角精度与系统接收孔径大小有关，并随大气结构常数和跟踪距离的增大而降低;湍流内尺度和外尺度仅在有限范围内影响跟踪系统角精度。分析结果可为系统设计提供参考。

基于干涉型光纤陀螺的小型化和工程化设计要求,研究了一种新颖的收发一体模块，从对SLD光源进行建模入手，设计了小型化的光学系统。并用Zemax软件进行了仿真。这种收发模块采用全保偏技术，体积小，可靠性高，可以有效地抑制光源与耦合器的串音干扰。与应用较为广泛的混偏技术相比，可以避免温度变化、振动等原因对光纤陀螺系统精度的影响，从而提高光纤陀螺的整体性能。

根据聚合物分散液晶材料的光电特性及需要,在研究基于聚合物分散液晶光电器件时必须设计合适的电源驱动系统。介绍了在电控聚合物分散液晶全息透镜器件研制中,将电池输出的直流低压升高变频到70~100 V、1 000 Hz频率交流高电压的电路系统设计。并介绍了变焦透镜装置总体结构的机械设计。实验结果表明,该电源设计能够满足聚合物分散液晶全息透镜器件中的液晶分子光轴驱动的需要,并能实现器件的小型化和便捷式。

针对多聚焦图像的特点,提出了一种基于清晰度计算的非抽样轮廓波变换(Non-Subsampled Contourlet Transform, NSCT)域多聚焦图像融合算法。该算法首先对源图像进行NSCT分解,以此克服传统Contourlet变换不具平移不变性的缺点。在分析光学成像中散焦表现形式的基础上,对分解后的低频子带和高频方向子带分别以“邻域梯度”及“合成邻域模值”作为清晰度指标,采用自适应选择法实现对多聚焦图像的融合处理。实验结果表明,该方法不仅能有效融合图像中的“伪影”和“振铃效应”,视觉效果明显优于传统小波和Contourlet方法,且融合图像的熵、交叉熵及均方根交叉熵等客观评价指标也有明显提高。

提出了带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导的两种设计方案。分别通过设置两分支波导不同的宽度和改变分支波导与矩形中心的轴偏移量,去获得非对称分支比。采用有限差分光束传播法(FD-BPM)对两种结构进行模拟,得出它们的分支比和损耗。分支比分别最高可达80%和72.9%,其相对应的损耗分别低于0.12 dB和0.23 dB,充分证明了方案的可行性,为以后非对称Y分支光波导的制作提供了实验基础。

设计了一种用于超连续谱合束的光纤合束器,这种合束器通过将多路光子晶体光纤拉锥后对接到一路多模光纤制成。借助有限差分波束传输法对该合束器进行了数值模拟,结果表明拉锥过渡长度和拉锥比例对耦合损耗具有较大影响,当拉锥过渡长度小于拉锥衍射长度时合束器有较大传输损耗,而过渡长度足够大以及拉锥比例较小时,合束器具有较低的耦合损耗以及优良的宽光谱耦合特性。所得出的数值结果为光子晶体光纤拉锥和超连续谱光纤合束器研制提供了一定的参考依据。

用脉冲激光沉积(PLD)的方法在多孔硅衬底上沉积了ZnS薄膜,并在室温下研究了ZnS/PS异质结的结构、光学和电学性质。X射线衍射仪(XRD)测量结果表明,制备的ZnS薄膜在28.5°附近有一较强的衍射峰,对应于β-ZnS(111)晶向,说明薄膜沿该方向高度择优取向生长。ZnS/PS复合体系的光致发光谱表明,ZnS的发光与PS的发光叠加在一起,在可见光区形成一个450~700 nm较宽的光致发光谱带,呈现较强的白光发射。对ZnS/PS异质结I-V特性曲线的测量结果表明,异质结呈现出与普通二极管相似的整流特性。在正向偏置下,电流密度较大,电压降较低;在反向偏置下,电流密度接近于零。异质结的理想因子的值为77。

局域表面等离子体光学传感器由于其体积小、灵敏度高、免标记等特点成为目前传感器研究热点之一。然而由于银纳米结构的生物兼容性以及氧化问题,成为该传感器发展的瓶颈。提出了利用金/银混合的金属纳米结构克服上述困难,并从有限时域差分数值计算方法入手,设计了银层50 nm,金层5 nm的六边形分布三角形复合传感结构,并利用纳米球自组装技术实现了该类型传感器。同时,与生物分子蛋白A的结合实验结果表明,该传感器在生物分子溶液浓度213.85 nM的条件下仍然具有较高的灵敏度。

介绍了典型相位延迟器1/4波片和90°相位延迟膜的工作原理,定义了四频激光陀螺输出信号解调信噪比,分析了相位延迟量对其造成的影响,并就此结果进行了MATLAB仿真。从两种相位延迟器的工作原理出发,阐述了温度、入射角、入射光波长等因素对两者相位延迟量的影响。结合激光陀螺在实际应用中的要求,对两者进行了比较,并得出结论:90°相位延迟膜更适合作为四频激光陀螺输出解调系统中的相位延迟器。

介绍了非全息三维显示技术,对双眼视差(佩戴眼镜、裸眼)、非双眼视差的立体显示技术进行了评述。讨论了图书、高清液晶显示和激光显示等应用中的三维显示技术的最新进展。

有效提高激光脉冲对比度是推动超短超强激光技术发展的一个关键问题。交叉偏振波(XPW)滤波技术基于非线性晶体的三阶非线性特性,可显著提高超短激光脉冲对比度。结合国际上有关XPW滤波技术研究的最新进展,介绍了XPW滤波特性及实验研究结果。最新研究结果表明,采用这种技术可以将超短激光脉冲对比度提高4个量级。内部转换效率提高到50%。