超快透射电子显微镜(Ultrafast Transmission Electron Microscopy, UTEM)是一种能够以纳米尺度空间分辨研究超快动力学过程的前沿技术。在哥廷根大学最新的研究进展里，建造了第一台具有高度相干性电子源的第三代UTEM。通过从纳米针尖发射局域的光电子，获得高度相干的电子脉冲，能够在样品处将电子斑聚焦到数个纳米，同时具有300 fs的脉冲时间宽度。介绍了利用这种先进电子光源UTEM装置的几个应用：对坡莫合金薄膜的磁涡旋纳米图案进行实空间洛伦兹成像，打开应用UTEM进行超快磁性研究的大门; 通过将电子脉冲聚焦到数个纳米，我们局域地探测单晶石墨薄膜上飞秒激光激发的声学声子在边缘的传播和演化; 演示了自由传播电子束在激光驱动的近场中受光学相位调制产生的电子动量态相干叠加。

血片镜检可以实现白细胞的分类计数，同时还能提供详细的白细胞形态等特征，有助于疾病的诊断。目前国内大多数医院白细胞检测的主要方法是人工镜检，但人工镜检依赖医务人员的工作经验，劳动强度大，检测效率低。因此提出一种基于RGB彩色空间分量差的白细胞细胞核的快速分割方法。通过显微镜分析人体外周血液涂片的显微图像，发现白细胞细胞核区域的B分量和G分量的差值明显比其他区域大，可以通过一个简单8 bit的B-G运算，来实现五类白细胞细胞核的快速分割，白细胞细胞核的平均分割时间为0.26 ms，体现了较好的鲁棒性和实时性。该方法成功应用到白细胞的实时在线自动扫描镜检中，提高了镜检的效率。

紫外地球敏感器作为姿态测量装置具有广阔的应用前景,它与星敏感器配合可使航天器的指向精度和稳定度提高一个数量级。针对地球紫外中心指向高精度提取问题,提出了一种基于点Hough变换的紫外地平圆盘中心提取算法。首先,采用Sobel边缘算子、大津阈值分割、梯度锐化确定边缘快速提取算法,准确提取地球紫外临边特征。然后对临边边缘采用点Hough变换和除噪得到中心的精确位置。结果表明,该方法可实现高精度地球中心提取。

为了解决传统数据采集压缩利用率低的问题，提出了基于压缩感知原理的动态投影照明实现单像素成像的新方法，即采用普通液晶投影仪把随机测量图片动态投射到物体上，再用光电探测器响应和记录每次投影光透过待测物体后出射的总光强。然后应用正交匹配追踪算法对所记录的光强信号进行重建运算，还原出物体图像，并对压缩感知过程的不同采样率与分辨率的重建图像效果进行了实验比较。实验结果表明，在采样率为30%左右时，可以精确重建出原始图像。因此，这种动态投影的方法能够较好地实现单像素成像过程。

针对游移算法因经线收敛引起的极区无法定位定向和格网算法因失去航向基准引起的赤道无法定位定向问题，提出了基于游移方位惯导机械编排的极区格网投影导航算法，推导了格网坐标系与游移坐标系之间的方向余弦矩阵，采用格网航向、格网速度、地心地固坐标作为极区导航参数，建立基于艾伦方差拟合法的惯性信息误差模型，解决了中低纬度和高纬度地区导航算法不统一的问题，实现了惯导全球范围内的定位定向功能。仿真表明提出的格网投影算法在极区48 h定位误差为6 nmile，格网算法为5 nmile，两种算法精度相当，均能满足极区导航的精度要求。

机械臂视觉相机除了有视觉监视作用外,还可以对观测目标进行三维位姿测试。在相机整星安装阶段,需要将相机坐标系引入到相机安装坐标系中。由于相机坐标系的原点为针孔模型的投影中心,为一虚拟位置,无法通过直接测量的方式给出其具体位置。提出了一种基于自标定技术引出相机坐标系的方法,该方法通过相机对目标拍照,根据多幅图像间的对应匹配特征点,可得出相机的方位参数,进而引出相机坐标系。该方法简单直接,引出精度可达±0.117 mm,能够满足测试需求和测试精度,对摄影测量相机的装调具有指导意义。

提出了一种基于场景特征点的双目变焦系统相机主距的计算方法。首先选取任意焦距作为基础焦距，用常规方法获取基础焦距下双目系统的内外参数，利用ASIFT算法提取基础焦距下场景中待测物体的特征控制点，利用视差原理重建空间世界点，接着切换焦距后再次提取两个焦距下待测物体对应的左右图像特征点，将不同焦距下匹配的图像特征点作为共同控制点，最后根据CCD平面与待测物体空间位置不变性完成双目变焦相机的主距求解。实验结果表明，该算法实际操作简单，主距计算结果的平均相对误差为2.1%。

与传统宽波段成像系统相比,多光谱成像系统在性能表征、测试方法等方面有较大不同,而相关研究较为欠缺。因此,需要重点研究多光谱成像系统的综合性能评估方法。解决了目标光谱反射率等效控制、宽波段光谱维度的带内细分和标准靶标辐亮度调节等关键技术,设计了基于AOTF的多光谱成像系统二维鉴别率阈值测试平台及测试方法。在理论分析基础上,实际搭建了基于AOTF的可见光多光谱成像系统,叙述了系统标定方法和测试步骤,并基于所述方法在实验室条件下完成了系统空间分辨率、目标光谱反射率与对比度阈值的三维曲面测试实验。测试结果标明,所提出的方法可较好地反映不同谱段响应特性的差异,实现对多光谱成像系统的性能表征。基于该方法,可综合评估系统光谱分辨率、空间分辨率、灵敏度、对比度等性能指标,从而为多光谱成像系统性能的定量表征提供技术支持。

辐射度定标是时间调制型FTIR数据处理中非常关键的一个环节,定标的好坏直接影响着其在应用中性能的优劣。根据光谱仪响应函数(线性或非线性)的不同,辐射度定标方法可分为线性定标和非线性定标; 根据定标中采用的点数的不同可分为两点定标和多点定标。首先用MATLAB对光谱仪采集的数据进行线性度分析与仿真,然后用C++编程分别实现线性定标和非线性定标。实验结果为两点法的误差为0.1118,抛物线法的误差为0.1684,四点线性的误差为0.0599。结果表明多点线性的定标方法效果最好。采用四点线性的方法进行定标将大大提升光谱的准确度,为后面的光谱识别工作打好基础。

为了确认抛光过程中抛光盘大小对光学元件表面中频误差的影响，对双轴式平面研磨抛光的去除特性进行了分析。推导了去除函数的表达式，计算了抛光盘大小对元件的去除量以及其分布的影响。结果表明，不论抛光盘大小如何改变，回转中心的去除量总是最大，去除量最大区域所对应半径随着抛光盘半径的增大而增大，利用这一关系确定了导致中频误差产生的磨头尺寸。通过选择合适的抛光盘尺寸，可以对最大去除量区域范围进行控制，从而有效减少工件在研磨抛光过程中中频误差的产生。

海表红外辐射及其变化是进行全天时海事活动(如水下目标运动特性)监测的重要因素，随着应用的深入，对探测灵敏度需求越来越高。提出了一种高灵敏度海洋热红外遥感技术，引入综合时间噪声和空间噪声影响的时空NETD指标进行性能评价。通过像素级数字积分探测技术，提高系统的电荷处理能力，使时间NETD提高到毫开量级; 通过基于场景的自适应非均匀性校正技术，抑制非均匀性对辐射分辨率的衰减，使残余空间噪声接近或小于时间噪声水平。基于成像全链路信噪比模型进行仿真分析，最终实现了时空NETD优于10mK，为海表红外辐射及其变化的高灵敏度探测提供可靠遥感图像。

利用理论分析和数值模拟方法,对超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用中电磁不稳定和自生磁场空间分布的时间演化过程进行了研究。数值模拟结果表明:在线性超强激光的作用下,强激光照射等离子体薄靶时电子做无规则热运动,但由于等离子体临界面上激发的电磁不稳定性,电磁不稳定性随时间的增强和激光功率的逐渐深入到等离子体内部会导致强电流的形成,其结果使等离子体表面处产生自生磁场。对这些过程的细致研究对电磁不稳定性和自生磁场等过程有重要意义。

基于表面粗糙度的空间周期与光波波长的相对关系，引入大、小尺度粗糙度概念，建立考虑粗糙度时多层膜正入射光谱特性系数的近似计算模型。以紫外波段的单层膜和多层膜为例进行光谱特性仿真计算，对仿真结果进行横向对比，结果表明，无论是对单层膜还是多层膜，该近似计算模型结果正确，计算精度高，具有较好的适用性。

基于光纤衰减的基本定义,提出了更为精准的熔接替代法来进行掺镱光纤吸收光谱的测试。实验采用常规剪断法和熔接替代法两种方法对多种掺镱光纤样品的吸收谱形进行了测定与分析。实验结果表明,熔接替代法可以有效减少因掺镱光纤长度过长而引入的测试失真,较为准确地测量出975 nm和915 nm处的吸收峰值,且随着测试长度的缩短,上述两个波段上吸收的比值逐渐增大并接近理论上限3倍关系,为掺镱光纤吸收系数的标准化测试提供了重要依据。

为了与3DLP投影机中分光合光棱镜组实现对接，设计了一种基于3DLP投影机的超长后截距双远心照明光路，工作波段为400~700 nm，放大倍率为1.9倍，物方数值孔径为0.4，像方数值孔径为0.2，后截距达到140 mm，物方远心度和像方远心度都小于1°，采用尺寸为7.6 mm×4.8 mm×62 mm的方棒匀光和0.67 inch的DMD芯片，中继照明系统满足了方棒要与DMD相匹配的要求，并且具有高的照度均匀性和80%的能量利用率。

为了观察细胞内部分子的结构特征和动态,提高光学显微镜分辨率成为生命科学研究的迫切要求。引入结构光照明的光学显微成像系统可以超越光学衍射极限,显著提高成像分辨率。在成像过程中,不可避免的噪声和相位误差降低了重构图像的质量,因此提出了一种基于最小二乘的多位相线性重构方法。在不同的噪声和相位误差条件下,对目标进行多次图像重构仿真模拟。结果显示：新方法能有效克服噪声和相位误差造成的重构图像失真,并具有较强的鲁棒性,在对比度、均方误差(MSE)以及视觉质量上有了较大的改善,信噪比(SNR)提高了约7dB、峰值信噪比(PSNR)提高了8 dB。

车载抬头显示系统(HUD)可以将车辆相关信息显示在前挡风玻璃的驾驶员平视范围内,可以避免低头看仪表,从而缩短眼球对前方的视觉盲区时间,对减少因低头走神引起的交通事故有着重要的价值。对基于DLP的HUD微型投影显示光学系统进行了研究,利用复眼透镜对LED光源进行匀化整形,利用TIR棱镜进行转向,利用投影镜头进行成像,整个光学系统呈“U”字型排列,结构紧凑,体积较小,成像质量满足使用要求。

当前液晶显示已随处可见，然而，液晶的非显示应用同样有着巨大的市场潜力。曾在液晶的光通信器件研制方面有较长期的积累，近年来，进一步致力于将液晶应用于不同波段(可见-近红外-太赫兹)的光场调控。提出了一种利用液晶光控图案化取向实现光场产生、调制和变换的技术，研制了一套基于数字微镜阵列(DMD)的微区液晶光取向系统。基于此系统，制备了系列不同液晶模式、不同参数的液晶取向微结构，并对其衍射特性进行了研究，实现了对涡旋光、艾里光、矢量光等复杂光场的动态变换和调控。该工作可在新型光镊,轨道角动量复用光通信，甚至在量子信息处理中得到应用。

在介绍自由立体显示技术工作原理的基础上,分析了该显示技术存在的技术问题,以及为了解决上述技术问题对技术方案做出的改进。其中,重点介绍了自由立体显示技术在2D与3D显示兼容性、分辨率和视角数目、自然3D显示以及3D图像触控方面的性能提升。

为了研究混合气溶胶在红外波段的散射及传输特性，利用HITRAN数据库提供的气溶胶粒子复折射率数据，基于Mie理论，计算了幂指数分布(Junge)、伽马(Gamma)分布和对数正态分布(LND)三种粒子谱分布下几种典型混合气溶胶在红外波段的散射特性。基于上述散射特性，采用离散纵标法，计算了气溶胶因素在大气环境对红外辐射传输的影响。结果表明，不同的粒子谱的散射特性变化趋势大致相同，但数值大小有差异。大气环境中，大气廓线及卷云对红外辐射传输产生影响比气溶胶因素要大很多。