我们最新发现了卟啉纳米,第一种集多种功能与优良光学特性于一身、全部有机的纳米颗粒。这种纳米颗粒通过卟啉脂质自组装形成一个约100 nm的类脂质体结构,该颗粒上极高的卟啉密度(＞80 000每颗粒)使其能够高效吸收光能并转换成热能,成为理想的光热治疗以及光声成像的载体,也能够进行荧光成像以及光动力治疗。此外,卟啉纳米也可通过螯合金属离子进行PET和MRI成像。通过改变卟啉脂质组装,开发了一系列不同尺寸和生物光学功能的卟啉纳米和微米颗粒,如卟啉纳米碟、卟啉纳米微泡、卟啉微反应器、卟啉-金纳米颗粒等。有别于传统“搭积木”式的多功能纳米载体,卟啉纳米内在的多功能特性和超简单的结构代表了一种全新的纳米颗粒设计概念,具有临床转化的前景。

提出了一种在复杂背景下,无需人工干预、自动提取二维正弦标靶特征点的方法。以液晶显示器作为平面标靶,标定图像为正弦强度条纹。摄像机拍摄标定条纹图后,算法根据条纹调制度自动分离背景和有效条纹区域;先将水平和垂直相移条纹的截断相位进行相位展开,再将两个相位分布构造成新的二维正交条纹图,通过多项式拟合建立各相位分布与其像素坐标的关系,以正交条纹亮点(对应相位为2π)作为标定特征点,并对这些亮点进行定位操作,获取其对应的亚像素坐标;最后利用展开相位的级次与条纹周期信息自动计算出它们的世界坐标,用于后续的摄像机标定。与常用的二维棋盘格对比实验结果表明,该方法标定结果可靠,而且精度更高,最为关键的是,该方法无需人机交互的手动操作,自动易行,可在以二维正弦条纹为标靶的摄像机标定中推广应用。

半导体制冷技术作为一种高效的温控措施在许多精密温控领域得到了推广应用。国内外早有针对半导体制冷器的众多研究,但大多将半导体的内热源简化为均匀热源。为了剔除上述简化带来的分析误差,遵循焦耳热为半导体内非均匀内热源这一事实,提出了一种基于分离叠加原则的工程求解方法。首先构建线性常微分方程的分析模型,符合分离叠加原理,其次分别讨论各种边界条件下的热流量和温度场分布,最后,基于传热学第一类边界条件,通过叠加方法得到半导体内热流量和温度场的稳态分布,并取方程特征解验证了上述方法的可行性。

现有的六幕光幕靶测量系统实现了近距离弹丸速度、姿态以及着靶坐标的测量,而在实际工程应用中需要计算的是弹丸整个飞行过程中的速度、姿态以及远距离的落点坐标。针对现有系统工程部署中的不足,提出了双交叉结构的六幕光幕靶的设计原理。利用双交叉结构的六幕光幕靶的测量结果以及外弹道计算原理,通过四阶龙格-库塔方程建立了弹道测量模型,实现了弹丸飞行全过程的弹道测量和计算。通过使用弹道系数1.0的标准弹丸进行仿真实验和分析,计算出其射程和射高分别可以达到16 269 m和3 672 m,证明了其与实际的弹丸运动曲线相吻合,能够实际应用于工程部署。

子孔径拼接方法在大口径光学元件检测中发挥着重要的作用,关于子孔径拼接精度研究也受到广泛重视。子孔径斜率数据可由哈特曼探测器测得,被测光学元件上每个子孔径上的斜率数据通过最小二乘法进行拼接。测量过程中,测量数据不可避免含有随机噪声,这将影响拼接参数(如倾斜)的不确定度。推导了误差传递公式及评价拼接精度的公式,并分别计算了并行拼接和串行拼接中任意子孔径上每一点的拼接误差。在0.06 s的随机噪声下,拼接斜率的统计误差与理论误差之间的差别在10-9 rad量级。模拟实验结果证实了所提出的拼接精度公式的正确性,可以用来评价拼接精度,并从理论上给出了并行拼接误差小于串行拼接误差的原因。

传统的全站仪测量模式为人工搜索、照准目标,工作强度大、易出错、工作效率低,针对现有国产全站仪的不足,研究了全站仪自动目标识别与照准技术。构建了ATR全站仪探测系统,全站仪自带图像采集系统和马达驱动,利用数字图像处理技术,提出了图像相减去除背景噪声后求光斑中心的方法,按照一定的搜索策略,实现了目标的自动识别与照准。在电机驱动精度设定为10″情况下,系统的照准精度也能达到10″。自动识别、照准与人工操作结果一致,系统能够精确地对目标进行自动识别与照准。该方法能够用于全站仪测量时的目标自动照准,可以避免人工繁琐操作,提高工作效率。

成像光谱仪能够获得目标表面图像特征和频谱特性,提高目标识别分析能力,在军用、民用领域有广泛应用。红外焦平面阵列的等光程间隔采样特性是限制光谱仪分辨率的重要因素。激光干涉光路与成像系统同光路,为红外焦平面阵列提供采样触发信号,实现等光程差采样。通过搭建激光偏振移相干涉光路,对干涉信号幅值和相位差进行理论分析和实际验证,最终调试得到两路正交干涉信号,相位差范围为84.6°~93°,反射透射光强幅值比例小于1∶1.05。实验结果表明,干涉光路中1/8波片角度、偏振分光片角度、探测器位置等参数是影响干涉信号幅值和相位差的重要因素。

车载捷联惯导系统/里程仪组合导航充分利用各子系统的优点,有效地减小了系统误差,提高了系统的导航精度。但里程仪的刻度因子误差制约了导航精度的进一步提高。提出通过修正里程仪的刻度因子误差提高SINS/里程仪组合导航系统导航精度的方案。并基于激光测距传感器,实验测量了轮胎直径的实时变化,即0.01 MPa胎压变化和轮胎温度变化引起的轮胎直径的变化。实验结果初步验证了修正里程仪刻度因子误差的可行性。

在光电系统中,为了获得更高质量的光电图像,需增加传感器数量、提高传感器分辨率等,这使得光电图像采集系统采集的数据量剧增。为满足对大量光电图像数据的高速采集及实时显示,提出一种基于PCIE接口的光电图像采集系统,该系统以FPGA作为控制核心,利用专用桥接芯片PEX8311实现PCIE协议,采用模块化设计思想,并预留丰富拓展接口。测试结果表明,单通道采集实时光电图像数据与主机通讯实际速率达到170 MB/s,超出PCI理论带宽132 MB/s约30%,能解决传统基于PCI接口的系统数据传输带宽不足等问题。

为了消除载体姿态变化和振动造成的视频抖动,提出了一种机载摄像系统的电子稳像算法。将图像分为若干个块,每个块中取一个点作为特征点,采用块匹配算法在局部区域进行特征点匹配,然后利用改进的随机一致性检测算法剔除误匹配的特征点,最后采用卡尔曼滤波算法对图像的运动参数进行滤波,得到稳定后的视频图像。该算法时间复杂度和空间复杂度低,便于在硬件平台上实现,实验结果表明,该算法稳像精度高,精度达到1个像素,适应性好,能较好地实现图像序列稳定。

结合常规有机小分子和低聚物各自优势,设计并合成了一系列可用于有机光伏器件的小分子。对基于这些合成材料并可用溶液处理方法制备的器件进行了深入研究。获得了效率大于9%的高效有机小分子太阳能电池。另外,也阐述了我们的研究进展以及该研究方向的前景。

为提高从包含复杂天空背景的红外图像中检测出星点目标的能力,提出了一种基于小波变换及多尺度分析的星点检测算法。在对图像进行小波变换的基础上,利用多尺度分析方法,确定图像自适应阈值,实现图像小波域的去噪,达到星点目标检测的目的。实验表明,该方法能有效地检测出红外图像中的星点目标,检测能力较普通背景预测方法提高近40%。

考虑温度变化和载流子注入阱间分布不均匀性,给出求解量子阱材料折射率变化的理论分析模型。分析了量子阱应变量大小、阱宽、垒区材料组分和注入载流子浓度对TE模和TM模折射率变化的影响。设计出折射率变化低偏振相关的混合应变多量子阱结构,在0~40 ℃的温度范围,其折射率变化量在1 530~1 570 nm波长范围内具有较大数值(6×10-3),且具有低的偏振相关性;当载流子浓度从1×1024 m-3增大到3×1024 m-3时,其折射率变化量在增大的同时,仍可在一定温度下保持低偏振相关。Refractive Index Change of Mixed Strain Multiple Quantum Well

传统恒模盲均衡技术由于在信号相位均衡中采用固定步长,致使相位点的收敛速度和收敛精度之间相互制约,其应用范围受到很大的限制。为使接收到的信号恢复效果达到最佳,对传统算法进行了改进,提出了一种以均方误差为判决依据,用时变步长代替固定步长的恒模盲均衡算法,同时对两种算法的均方误差曲线进行比较分析。实验结果表明,随着迭代次数的增加,改进算法恢复的星座图中相位点的收敛速度是原始算法的3倍,其迭代次数在2 000点以后便趋于稳定,使得相位之间的误差减少,信号的恢复效果明显。

为了进一步扩大视场,实现水平上下对称视场的全景环带成像,使用了一种新的利用非球面PMMA设计的全景环形透镜(PAL)。视场达到(-30°~+30°)×360°,并且缩小了中央处的盲区,提高了CCD的利用率。对全景环形透镜的视场和畸变控制方法进行了理论分析,介绍了非球面全景环带透镜的设计方法。设计了一套全非球面PMMA的全景环带系统。系统总长为53 mm,焦距为2.85 mm,PAL最大口径为62.4 mm,光谱范围为0.486~0.656 μm(可见光谱)。后继转像镜组由7片透镜构成,系统后焦距(BFL)为5.4 mm。分析结果证明系统像差校正良好,扩大了系统的应用范围。

太阳能电池聚光棱镜的聚光效率是影响光能利用率的关键因素之一。对某型太阳能电池聚光棱镜的结构进行分析,利用Lighttools照明软件中的光源模拟太阳光并建立棱镜模型和接收面,对棱镜几何结构和入射光线角度等参数进行优化设计,最终使棱镜的聚光效率提高了4倍多,聚光效率达到97%。优化后的太阳能聚光棱镜可应用于多种太阳能电池组件中,可提高太阳能电池光能转换效率。

设计了一种基于液晶可调谐滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF)的新型多光谱成像光学系统。该光学系统工作谱段为400~720 nm,光谱分辨率为10 nm,可对216 mm×216 mm幅面大小的物面成像清晰。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统分析,确定各光学参数,设计结果表明,成像系统在空间频率91 lp/mm处,各个波段处的轴上和轴外调制传递函数均大于0.3,全视场畸变低于0.1%,成像质量良好,可以满足多光谱成像的总体要求。

通常采用离轴抛物面镜来对双波段成像光学系统的光轴进行校准以便实现两个成像系统的像素级图像融合,但抛物面镜和点光源安装时所产生的误差会影响两个光轴的校准精度。根据几何关系及光学成像原理,推导了离轴抛物面镜对焦点附近点光源的成像公式,在此基础上分析了抛物面镜和点光源的安装误差对双波段成像光学系统光轴校正造成的影响。根据推导的误差分析公式可将可见光通道和红外通道双波段光轴的平行性误差控制在1个像素以内。

目前我国海洋安全形势非常严峻,维权执法面临极大的挑战。通过分析光电装备在维权执法中的独特优势,对海警光电装备进行了归纳分类。调研了国外海警光电装备的应用实例并综述其发展趋势。详细分析了我国海警光电装备的发展现状,通过对比指明与国外发达国家的差距。为达到世界先进水平,针对我国海警舰艇、飞机等维权执法平台的实际应用需求,探讨了我国海警光电装备的发展目标及思路。