为了简化LD光场准直柱面透镜繁琐的理论设计过程，便于进行实际操作，利用Matlab计算建模的方法，计算理想准直柱面透镜上的各个离散点的坐标值，通过拟合或二次曲面方程逼近的方法来获得准直柱面透镜的面型参数。分析表明，二次曲面柱面透镜非常适合做半导体激光器的准直透镜，可以根据具体需要来选择相应的面型。相比于其他方法，该方法简单直观，易于设计和加工，参数的优化调整迅速，可以根据加工工艺的难易程度来选择合理的透镜参数。

在基于机器视觉的原棉异纤维检测系统中，选择能满足检测系统的光源和照明方案是提高系统检测率和检出率的关键，使检测对象尽可能多地显现出特征信息。选用单芯片InGaN(蓝)/YAG荧光粉型白光LED作为照明光源，采用理论计算和非成像光学设计的方法对LED阵列的光照度分布进行了研究，并根据原棉异纤维检测系统对光源光照度的具体要求，设计出了LED正方形阵列和三角形阵列两种排列方式，并利用TracePro软件对两种阵列形式进行仿真。通过比较两种阵列形式光照度分布的结果，最终选用高光照度且均匀性好的LED三角形阵列作为原棉异纤维检测系统的照明光源，满足了机器视觉成像的要求。

从国际不确定度工作组制定的《测量不确定度表示指南》入手，建立辐射定标光学系统的精度分析模型，确定影响定标精度的各误差源和不确定度分量，采用仿真分析、统计计算、查阅手册，结合试验数据等多种方法计算各自数值，得到系统相对常差和合成相对标准不确定度。结果表明: 黑体辐射源定标系统常差为0.012，不确定度为1.07％；积分球系统常差为0.024，不确定度为2.51％，定标系统性能良好。通过研究，建立了一种分析模拟空间环境下光学试验精度的指导性方法。

从眼镜片用顶焦度的定义出发，探讨了渐进加光镜片的原理和结构，介绍了子午线设计的原则和方法。选择镜片周边的加光曲线形式，通过在边界条件下对子午加光曲线做变换，确定镜片表面的屈光度分布，给出了基于加光曲线变换的设计方法。与传统方法相比，不仅在形式上统一了渐进加光镜片的屈光度分布，而且还为设计者提供了更自由灵活的选择。利用曲面微分几何原理获得镜片表面面型矢高，计算屈光度和像散分布。通过实例设计表明，此方法可以设计出所需渐进特征的加光镜片。

红外人脸热像图是红外成像领域的研究热点之一，而对作为其基础性研究的通用红外人脸定位算法却研究的较少。利用由人脸生理结构造成的温度特异性和由温度变化形成的图像边缘，给出了一种通用的人脸器官定位算法。首先利用温度特异性定位鼻孔等温度特异性强的区域，然后以此为参考点，结合面部器官分布特点，对融合提取的图像边缘信息进行眼睛等其他器官的定位。实验结果表明，该方法对各器官的平均定位精度均达到了90%以上，具有一定的实用价值。另外，该方法不仅可以对常规的眼、鼻、口等器官进行定位，而且还可以对眉骨、瞳孔等位置进行定位。

为了使由等离子体显示器(PDP)反γ校正和有限灰度级显示方法引起的灰度损失得到改善，在分析灰度损失原因及有序抖动和随机抖动特点的基础上，提出了一种抖动与孤立像素点分离相结合的灰度级增强方法。该方法首先采用有序抖动和孤立像素点分离对γ校正后的图像进行灰度增强；然后把图像数据映射到有限灰度级，计算有限灰度级与需要显示的灰度级之间的误差；最后采用随机抖动和孤立像素点分离对有限灰度级图像进行灰度增强。实验结果表明，反γ校正和有限灰度级图像的灰度均得到了显著增强，低灰度级和中高灰度级过渡平滑，没有周期性抖动噪声，孤立像素点的亮度显著降低，图像显示效果明显优于仅采用随机抖动或有序抖动的图像。

LAMOST(大天区多目标光纤光谱天文望远镜)要求通过非接触测量快速准确地获得光纤端部的中心位置。在研究光斑中心提取技术的过程中，提出了一种改进的光重心方法，包括图像卷积预处理、用标准差迭代的方法取背景值和减背景后非线性加权获得光斑特征点。有效地抑制了边缘点对中心位置的影响，提高了在大视场多目标光纤条件下提取光斑特征点的精度，并通过数据模拟、实验室和现场实验进行了验证。

为了提高图像处理速度，提出了基于机器视觉的目标图像矩形边界框区域提取算法。分析了图像在含有孤立点噪声的情况下该算法的可靠性以及阈值选取对实验结果的影响；设计出了针对齿形链板和自动扶梯用链板图像的抗噪模板；利用最小二乘法和最小区域法确定链板圆孔几何参数，并从目标与背景之比和算法复杂度两个方面分析了该算法对处理速度的贡献能力。实验表明，该算法对于孤立点噪声具有良好的抑制作用，可快速、准确地找出包含目标图像的矩形区域。

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求，提出了一种大面积探测区域测速光幕构建方法。采用90°探测视场的广角天幕靶作为接收装置和多段等长的排布成L形状的LED线阵列作为光源，各段LED线阵列光源均朝向广角天幕靶扇形视场中心，完全填充广角天幕靶的视场，在空域形成10m×10m的探测区域。给出了L形光源的详细设计，采用气枪弹进行了靶面内灵敏度验证试验和系统实弹射击试验。试验结果表明，所提出的方法是有效可行的，可满足10m×10m横截面室内靶道的测速需要。

针对室内靶道，设计了一种基于双线阵CCD图像采集的立靶密集度测试系统，论述了系统的工作原理和组成。提出了一种新的数学模型，有效地抑制了传统测试方法中对两个相机相对位置的精度要求，配合阵列LED背射主动光源，通过一体化靶架设计，提高了测试精度，极大地减少了系统布靶时间。实弹射击试验验证了系统的工作性能。结果表明，所研制的测试系统布靶快捷，在1m×1m测试范围内，立靶坐标偏差均方根小于1mm，能够实现连发测试。

介绍了基于计算机控制的频闪显微干涉测量技术，实现了对MEMS微变形镜的表面形貌、离面变形、静态电压-位移曲线和谐振频率的测量。采用频闪成像、计算机微视觉技术以及基于最小二乘曲面拟合法的亚像素定位技术实现了对平面内微位移的测量；利用频闪成像以及5步相移干涉技术实现了对干涉相位的提取，建立了适合于MEMS微变形镜特性测试的相位解缠算法，恢复了代表被测物体表面形貌的真实相位，实现了微变形镜静动态特性的测试。测试结果表明: 频闪显微相移干涉测量技术具有测量速度快、精度高、易实现自动控制等特点。

提出了一种基于高动态范围图像处理的成像式亮度测量方法。该方法首先利用一组由低动态范围时间曝光序列图像合成的HDR图像，经色彩空间变换得到色刺激值，然后利用数码相机特性曲线标定系数计算亮度值。通过对室外场景的实测实验，证明了算法的优越性。

为了对可见光遥感图像中油罐目标进行快速分割，在前人工作的基础上提出了一种快速的方法。对可见光遥感图像灰度值分布特点进行分析，用数组对满足先验知识的像素进行统计，使图像中缺失的灰度值不再参加计算，大大减少了冗余计算。以类间方差函数的代替函数(二者在同一位置取得最大值)进行分段处理，提高了运算速度。实验证明，这种方法可以应用到可见光遥感图像油罐目标的分割中，且分割效果优于Otsu法，实验所用图像的处理速度是前人改进方法的5倍以上。

介绍了一种空间三自由度纳米定位平台，其应用背景为光刻投影物镜波像差检测系统的精密对准，因此对定位精度和定位速度都提出了很高的要求。首先简要介绍了空间三维纳米定位台;然后将模糊控制同传统PI(比例积分)控制相结合，利用定位偏差和偏差变化率信息，通过模糊推理实时调整PI控制参数，并在VC++环境下实现了模糊自整定PI参数的控制算法。实验结果表明，该控制方法较常规PI控制器能够有效地提高响应速度，减小阶跃响应超调量，保证了控制的实时性。

随着哈特曼传感器测量口径的增大，采样点数对被测波前的空间分辨率、测量精度及动态范围的影响也随之增大,因此通过计算机仿真波前径向斜率拟合过程，分析出采样点数和斜率探测误差对测量精度和测量范围的影响。计算机仿真的波前斜率拟合所用泽尼克多项式达到121项，测量口径2m，测量精度要求λ/50，径向(半径)和切向最少采样点数分别为10点和21点。当径向和切向采样点数分别为40点和250点，斜率测量误差为0.045″时，所测波前的P-V值范围是0-4λ。

提出一种基于单色测量的迷彩色光谱反射比的测量计算方法。这种方法根据单色光通量的计算方法推导得出，以单色块反射比的测量为基础，根据单色块光谱反射比和各单色在迷彩样品中所占面积，可计算出迷彩样品的光谱反射比。通过实地测量实验进行对比验证，证明了此计算方法具有一定的可行性。

准确的测量薄膜的厚度和光学常数，在薄膜的制备、研究和应用中都是十分重要的。借助Cauchy色散模型，通过薄膜透过率测量曲线，用改进的自适应模拟退火遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合，从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。对由电子束蒸发制备的TiO2单层膜和SiO2/TiO2双层膜的厚度和光学常数进行了测量计算。实验结果表明，计算得到的光学参数与实测结果相一致，厚度误差小于2nm，在560nm波长处折射率误差小于0.03。

银金属在特定波长范围内的负折射率性质可以放大倏逝波，在近场成像中能够保留次波长信息，因此是制造“完美透镜”的优良材料。由银金属和其他介质组成的复合材料能够通过其调整体积分数来改变“完美透镜”的工作波长，使其在可见光和近红外范围内实现完美成像。除体积分数外，复合材料中金属颗粒的大小和形状也会对透镜的工作波长和成像质量有影响。在考虑尺寸效应修正的基础上，通过分析尺寸对成像性质的影响发现: 减小金属颗粒尺寸会使工作波长发生蓝移，当银颗粒尺寸减小到10nm时，会显著降低成像质量。

针对载机平台上的激光目标指示器照射过程的动态响应及其模拟，利用高斯白噪声,通过由滤波器产生的有色噪声的方法模拟了目标指示器指示激光光斑抖动信号的统计平均特征，分别进行了抖动光斑位置随时间变化和在简化地物模型下漫反射信号强度随时间变化的动态模拟以及实际验证测试。经分析表明: 在载机平台上，激光动态照射过程中的反射信号强度的变化是与平台相对于目标运动、目标表面的漫射特性和反射特性等因素相关的综合函数；基于二阶振动系统响应模型的方法可应用于激光目标指示器照射过程中的激光制导信号的大气传输和探测的动态模拟。

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了圆形高斯镜取不同反射率膜斑半径和中心振幅反射率情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明: 腔内光场分布半径随反射率膜斑半径的减小而增大，中心振幅反射率不影响光场分布半径；反射率膜斑半径影响远场分布，当其数值较小时，在光束的远场分布主峰周围产生弱衍射环；当高斯镜中心全反射时，远场分布随反射率膜斑半径的变化无明显变化；模式本征值随反射率膜斑半径的增大而增大。

针对半导体激光器的发光特点，设计了半导体激光器的光束整形系统。首先采用柱透镜准直和偏转沿Y轴发散的光束；然后再采用望远系统对X轴发散的光束进行准直和扩束；最后采用弯月透镜对发射光束压缩，实现半导体激光器的光束整形，降低光束发散角，提高光束质量。利用ZEMAX软件模拟系统，结果表明，整形后输出光束沿X轴和Y轴的发散角变为4.922mrad，输出光斑直径为1.2707mm，整形系统总长度为65.6618mm，各元件的最大直径为20.52 mm，输出光束质量和系统结构都优于同类产品。

针对低重频光源要实现高码率数据传输的问题，采用紫外激光器作为光源，研究了4-PPM调制解调算法，在FPGA上实时实现该算法，并由此构建了一套基于紫外激光器的紫外光通信系统。外场通信实验表明，在紫外激光器脉冲重复频率为20kHz的条件下，通信系统可实现码率高达40kbit/s的数据传输，误码率优于10-4。

介绍了光纤光栅调谐技术的基本原理。分别对基于半导体制冷器、电阻丝、双肩梁结构、镀膜光纤光栅的温度调谐方法进行了分析和综述。展望了光纤光栅温度调谐技术未来的发展。

飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高，已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性，归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展，包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器，重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。