在相位测量轮廓术中,传统的相位-高度映射通过对若干已知高度平面的单次数据采集来完成标定。在标定过程中,不同时刻所采集的数据肯定有所不同,从而在标定时计算出的待标定系数也有所不同,这就影响了相位-高度映射精度。为了提高相位-高度映射精度,提出了对参与标定的平面进行多次测量,从而能得到多组标定系数,采用平均标定系数来代替单次标定系数的标定方法,使标定系数更加真实稳定,受时间的影响减小。通过测量若干给定高度平面验证了该方法的有效性,通过测量“心”形物体的三维面形验证了该方法的实用性,表明该方法能有效提高相位测量轮廓术测量精度。

偏振消光比是衡量光偏振特性的重要参数之一,椭圆偏振保持光纤是一种重要的新型保偏光纤,可以保持某种特殊椭圆偏振态的不失真传输。对现有消光比的定义进行了拓展,使之适用于椭圆偏振保持光纤。提出了一种按照新定义测量消光比的方法,并使用剪断法对一根长20 m的椭圆偏振保持光纤进行了消光比劣化的实验测量。实验结果表明,以最短余长2 m消光比为参考值,被测光纤在截断余长为10 m、15 m和20 m时的消光比相对劣化值分别为0.168 dB/m、0.154 9 dB/m和0.165 5 dB/m。由此可知,消光比的相对劣化值虽然与光纤长度有关但并不呈线性变化。

为了实现人体外周血白细胞的快速无重复自动扫描,提出了一种新的聚类方法——视窗聚类法。由于人体外周血白细胞在血液涂片中分布稀疏且不均匀,传统的利用高倍镜直接逐行扫描的人工方法效率比较低下。用高倍物镜有目的地对有白细胞的区域进行拍摄可以提高白细胞的扫描效率。用低倍物镜预扫描血片,由于低倍物镜视场大,在低倍图中,用图像处理的方法可获得白细胞核心坐标。视窗聚类方法首先用最大最小距离聚类方法确定白细胞核心原始聚类中心,再按照高倍镜视窗大小对聚类中心进行调整,在确保各聚类视窗内无重复白细胞存在的同时,尽可能合并原始聚类中心,减少总的聚类中心个数。以新的视窗聚类中心组成高倍物镜扫描路径扫描血片,可保证高倍图像最大程度地包含尽可能多的白细胞,进而减少高倍图像的拍摄次数,实现了白细胞的快速无重复扫描。实验表明,用该方法获取110个无重复的白细胞图像仅需要拍摄高倍图像72~85幅,整个过程大概需要1.5~2.0 min。同时,视窗聚类方法可以在无人监管的情况下完全避免白细胞图像的重复拍摄,实现了人体外周血白细胞的自动扫描。

设计一种用于轨道交通车辆多曲面地板的激光扫平自动测量系统。该系统由激光扫平仪、一维PSD探测器、无线串口模块及工业计算机组成。激光光源采用515 nm的固体激光器，出光功率5 mW，扫描转速0~720 r/min，水平精度±20"/50 m。探测器使用具有无线数据传输功能的微米级一维光位置敏感器(PSD)。实验结果表明，以激光扫平面为参照面，进行轨道列车多曲地面的测量与补偿；该系统在工作半径15 m，测量精度能达到0.5 mm。结合数字化的采集方案，实现了大范围、高精度、实时性的自动化测量。

针对海上移动目标的监视需求,分析实时检测系统的技术要求,提出了一种利用视频卫星图像实时检测海上目标的方法。采用机器学习和图像滤波技术,研究了基于支持向量机的海陆分割、基于自适应滤波的目标粗检测和基于AdaBoost的目标精检测等算法,使用某视频卫星图像对方法进行验证,结果表明该方法能够实现海上目标的检测功能和实时检测系统的技术要求。

设计了一种基于虚拟仪器技术的角分辨空间激光散射测量系统。以双向反射分布函数( BRDF )作为理论基础,采用虚拟仪器技术对空间激光散射测量系统进行编程,实现了对测量系统的运动控制,散射光实时采集、处理、显示、数据保存等功能。系统采用相关检测技术进行信号处理,抑制系统背景噪声,以直线型划痕为例进行实验,当入射光投影与划痕在不同夹角时,探测器以光学元件为中心做圆周运动,以测量不同圆周上的散射光,实现双向反射分布函数( BRDF )测量。该系统空间方位角测量范围为0°～360°,角分辨率为0.1°,系统动态范围可达1011量级。测量结果表明该系统具有很好的重复性和稳定性,对实验结果进行分析可得粗划痕散射率大于细划痕,前向散射大于背向散射。

为了解决光纤式太赫兹时域频谱系统中光学延迟线部分的延迟精度和耦合效率低的问题,提出了两种延迟线设计方案,保证延迟线光路的可行性。两种方案设计原理简单且成本低。分别由光纤激光器、准直器、四分之一波片以及金膜平面反射镜构成的光学系统和由光纤激光器、准直器以及直角棱镜构成的光学系统,介绍了延迟线整体的构成和基本原理。同时,根据项目的具体要求,关键光学器件主要适用于1 550 nm的波长。在设计出光学延迟线以后,搭建光学系统,并对整个光路进行了测试和验证。实验结果表明：第一种方案较第二种方案耦合效率高,但第二种方案延迟精度高,稳定性好且可操作性强。

研究了CdSe/ZnS 量子点与介孔多孔硅偶联吸附结合的复合膜的光致发光谱。实验比较了CdSe/ZnS 量子点与硅复合和与多孔硅复合的光致发光,发现量子点与多孔硅复合的发光比与硅复合有很大的增强。对不同孔径的多孔硅与量子点复合后的光致发光谱的比较发现,由于孔径大小对量子点浸入介孔硅有影响,孔径大浸入的量子点较多所以大孔径多孔硅的发光比小孔径的发光强。量子点与多孔硅复合的光致发光具有量子点荧光发光强度高、稳定和窄带发光的特点,对进一步应用于基于多孔硅器件的光学传感器有重要意义。

针对遮挡、目标形变、噪声干扰等复杂场景下目标跟踪问题,提出了一种基于最大邻近距离( Maxium Close Distance, MCD )的抗遮挡快速跟踪算法,定义了灰度差异和最大邻近距离相结合的相似性度量方法,并根据相关系数自适应更新目标模板,利用多十字交叉快速搜索方法加速目标匹配的过程。当目标被遮挡时,采用Kalman预测滤波算法预测目标位置,维持目标的跟踪。实验结果表明,该算法能实现遮挡情况下的目标跟踪,目标跟踪精度优于8个像素,为遮挡、目标形变、噪声干扰等复杂场景下目标实时跟踪提供了一种解决方法。

针对传统的红外警戒设备体积大,安装空间受限制,图像稳定效果不好等问题,提出了一种外扫描反射镜加上内反扫振镜的新型结构方式,通过扫描外反射镜的方式来实现光路的扫描,代替整个传感器的扫描运动。重点介绍了在捷联的情况下反射镜角度转换方法和二级稳定成像的实现过程,最后通过实验验证了方案的可行性,实验结果表明：该结构方式正扫描成像与反扫描成像图像基本重合,俯仰稳定精度达到2 mrad以内,可以为新型光电周视成像系统提供技术支撑。

针对光学元件疵病检测中，通过光学成像获得的图像照度不均匀，噪声明显的问题，提出了根据元件检测照明区的分布特征进行融合处理的方法；该方法采用开运算提取背景算法和高斯差分滤波器，开运算提取背景算法可以给出没有直接照明区域的疵病分布，高斯差分滤波器可去除照明光源的噪声影响；实验结果表明，相较于单一的处理方法，所提出方法更好地得到了整个区域内的疵病分布，有效地实现了不均匀照度环境下的疵病分辨。

针对重载车车头、车尾相对位置微小变化量高精度高效率的检测,提出一组由CMOS相机、正透镜、多点靶标组成的相对位置微小形变量检测系统,并且针对该系统中的多目标光斑中心提取,提出并使用棋盘算法、以及特征点算法实时提取多目标点中心,实现了多目标高精度高效率的提取,且经过大量实验验证了棋盘算法及特征点算法结果的准确性、高效性、稳定性,在复杂背景的外场条件下,棋盘法的稳定性优于特征点法,而在单一背景条件下,特征点法的提取效率远远优于棋盘法,其中棋盘算法已应用于实际测量中,并取得了良好效果。

为了满足对多个目标的全视景监视和跟踪需求,给出了一种基于多探测器的全视景多目标监视及跟踪系统设计方案,该方案利用视频拼接技术和多目标跟踪算法,实现对目标的360°监视和跟踪,并实时输出目标的位置信息。首先对比了四种实现全景监视和跟踪的技术途径的优劣,确定采用多探测器拼接技术构成全景监视和多目标跟踪系统,接着介绍了上述全景监视和多目标跟踪系统的组成和原理,给出系统设备在厂内和外场的试验验证效果,试验结果表明系统监视和跟踪效果满足设计要求。该系统满足军、民用全景监视和多目标跟踪领域的使用需求。

提出了一种新的摄像机标定方法,用显示器显示不同方位和姿态标定图案,无需实际移动标靶来完成摄像机标定工作。先在显示器上显示一个标准标靶图像,用Tsai单平面摄像机标定方法标定得到摄像机的初始内外参数，再结合手工测量得到的外参中平移向量TT的ZZ向分量(Tz)初值,计算生成一系列不同位姿的虚拟标靶图案,显示在显示器上,替代常规标定方法中的标靶移动,最终采用张正友标定方法从摄像机拍摄到的多位姿平面标靶图案中标定得到最终的摄像机内外参数。实验分析验证了新方法的实用性,结果表明,新方法易操作、不需要实际移动平面标靶,标定精度与基于多位姿平面标靶的张正友方法相当,能为摄像机标定提供新的实现方案。

在亚波长区(λ/n<Λ<λ)具有较低反射率和零级透射率,然而在小周期区(Λ<λ/n)具有低反射率和透射率。因此,基于严格耦合波分析(RCWA)理论,以硅基底仿生小周期蛾眼微纳结构为例,设计并分析了针对该结构反射率及透射率的影响因素,如占空比、刻蚀深度、周期等,并给出了最优化参数组合。在制作过程中采用电子束刻蚀及剥离技术进行掩模图形的光刻,然后经过反应离子刻蚀得到所需深度。最后,应用原子力显微镜进行结构形貌表征,红外光谱仪测试得到该结构反射率在7%左右,透射率约为69%～93%。

为了设计一款可见光范围内的鱼眼镜头系统,先对前组进行了计算设计,利用两块负弯月形透镜作为前组,再进行总光路的初始计算,然后根据前后组视场和像差平衡设计后组,最终选用6块透镜作为后组初始镜头,利用ZEMAX光学设计软件,经过进一步优化设计,并利用两非球面,最终得到一款在可见光波段内,焦距为16.358 mm,全视场角为180°,F数为2.9的鱼眼镜头。设计结果表明,全视场镜头的最大场曲小于0.3 mm,全视场MTF值在空间频率30 lp/mm时基本上不低于0.3。该镜头由8块透镜和1块平行平板组成,其中两块透镜使用了非球面镜,此光学系统结构紧凑,镜片数量较少。

针对光电装备的小目标检测与跟踪问题,总结分析了多类小目标检测与跟踪算法的原理和特点。从小目标的国际标准定义出发,小目标检测与跟踪算法主要分为两大类：空间滤波和时间滤波的方法。基于空间滤波的方法包括最大/中值滤波、门限检测法、二维最小均方滤波器、局部熵法、数学形态学等,基于时间滤波的方法包括多级假设检验、三维匹配滤波方法、高阶相关法、动态规划法等;通过对小目标特点的总结和各种算法的综合分析,从特定场景应用、时-空滤波结合、新理论新方法三个方面提出小目标检测与跟踪技术的发展方向,并总结指出小目标的检测与跟踪问题的本质是特征提取与滤波判决的问题。