为深入研究Lyot改进型退偏器的性能, 首次利用多光束叠加方法, 分析其退偏性能的偏振相关性。理论分析发现: 在楔角足够大的情况下, 线偏振光振动方向与入射端晶体光轴夹角, 即振动方位角为0°或90°时, 退偏效果理想, 夹角为45°时一般最差, 但当退偏器对入射波长相当于1/4波片时, 任意方位角的入射光都有同样好的退偏效果。实验较好验证了理论分析结果, 并通过改变入射角使样品的总延迟量达到1/4波片效果, 此时退偏度在99%以上。该研究为退偏器的理论分析和设计提供了新的参考依据。

光学系统透镜组件在环境温度变化时发生的形变, 特别是透镜的厚度、面形以及透镜间空间位置的变化, 对系统成像质量有着不可忽视的影响。分析计算了某型导引头光学系统透镜组件在温度载荷下的形变特性。计算结果表明, 当环境温度从20℃降低到-40℃时, 透镜表面位移呈现出显著的梯度变化, 7个透镜中表面的最大位移达0.05mm, 透镜厚度的变化率超过0.05%, 透镜间距离的最大变化率为3.46%。利用数据重构技术, 计算结果可以作为透镜镜面形变分析的参考数据。

从点集相关性的角度提出了一种新的模板边缘图像匹配度量--投票加权累积度量(WVAM), 在该度量中融入了抗几何畸变以及抗杂点与相似区域干扰的机制, 能够实现异源情况下模板边缘图像的匹配定位。为了进一步提高WVAM匹配的单相关峰特性, 转换点的坐标投票为局部结构信息投票, 形成了融入局部结构相似性的投票加权累积度量(LSS-WVAM), 该度量能够表征模板边缘图像与待匹配区域的整体结构相似性, 更具有稳健性。在仿真实验中利用全局与局部度量信噪比作为评价指标, 证明了WVAM具有比LTS-HD(Least trimmed square Hausdorff distance)更好的全局单峰与局部梯度特性。与WVAM相比, LSS-WVAM在全局和局部性能上约提高30%和4%。

成像过程中, 被摄像目标与摄像机之间的相向运动会造成图像的辐射状模糊。根据相向运动成像特点给出了仿视网膜探测器像元布局的初始结构, 建立了其在相向运动成像过程中的成像仿真模型。由仿真实验结果建立了探测器结构参数、模糊度及成像质量三者的关系, 验证了仿视网膜探测器在高速相向运动成像中的优势, 为仿视网膜探测器的设计奠定了基础。

基于严格耦合波理论, 数值计算了一种在闪耀斜面镀膜的亚波长光栅结构, 并首次提出将该光栅应用于光导板的设计中, 使光导板衍射的RGB光束无需经过滤色片, 直接透射相应的像素点。在数值计算中, 设定入射光为TE偏振态、入射角为60°、波长为RGB三基色。光栅以有机玻璃为基底, 二氧化钛为膜层, 并随波长改变周期、闪耀角等参数。计算结果表明, 该光栅的一级衍射光可垂直于表面出射, 一级衍射效率随膜厚渐变, 最高达37%, 其余非零级次的衍射效率低于2%。将该特性的光栅应用于新型光导板的数值建模中, 并对光栅的制作进行了工艺容差分析, 计算得归一化能量的标准差小于1%, 总衍射效率接近80%。

介绍了一种用于在线检测纳米定位平台的全自动六维纳米测量系统。提出了整波长干涉测量方法, 可以避免激光干涉仪的非线性影响, 使系统能够得到准确校准, 达到纳米级精度。该测量系统可以测定6个自由度, 三维直线运动测量范围为100μm×100μm×100μm, 分辨率能够达到1nm以下。

利用Mach-Zehnder干涉仪测量了空气开关中等离子体电子密度分布, 使用高速分幅相机拍摄记录不同时延下的干涉条纹图像。针对实验获得的干涉条纹图像的特点, 提出了一种首先进行频域FFT滤波去噪, 然后进行空域二值化、细化的处理方法。该方法能够很好的消除图像噪声的影响, 提取出单像素的亮条纹中心线, 从而能够准确读取条纹坐标信息, 再通过对干涉条纹偏移量进行Abel逆变换, 得到等离子体电子密度分布。

传统双级光隔离器45°装配无法达到隔离度最优化问题。从双级光隔离器的光学结构和工作原理入手, 分析了双级光隔离器的插入损耗、反向隔离度, 以及偏振相关损耗, 使用MATLAB定量分析了双级隔离器装配存在偏转角度误差时的插入损耗和反向隔离度, 为双级隔离器装配的最佳化提供了理论上应保证44°装配这一可行的保障方法。

基于直方图的粒子滤波已成功地用于解决计算机视觉中的目标跟踪问题, 但是, 在观测似然计算上的低效限制了它们的实时应用。针对该问题, 提出了一种快速的粒子跟踪方法。其建立在积分直方图技术的基础上, 使得每个候选样本的观测似然能够由少量的查找表运算有效地计算出来。该方法使用了大量的粒子以确保鲁棒性, 同时确保具备实时跟踪的能力。实验结果表明该方法在计算效率上优于通常的粒子滤波跟踪方法。

偏振成像技术将景物的偏振信息转化为二维图像信息, 从而可以和灰度图像一样对目标景物进行场景特征分析。介绍了基于斯托克斯矢量的偏振成像原理。按照获取斯托克斯矢量方法的不同, 分别介绍了偏振片起偏、偏振棱镜分光和可变延迟波片调制三类分时偏振成像方式, 分振幅、分孔径、分焦平面三种同时偏振成像方式。结合我国的制造水平, 设计了双CCD渥拉斯顿棱镜同时偏振成像实验系统, 并采集了实验图像。分析了各种偏振成像方式的优缺点。指出了偏振激光照明主动偏振成像、光谱偏振成像是偏振成像仪器进一步的发展方向。

为了提高信息隐藏的不可感知性和鲁棒性, 结合人眼视觉系统(HVS)的相关知识, 提出了一种新的小波域信息隐藏算法。将载体图像的中等亮度区域设为不可用区域, 不在该区域隐藏信息, 同时选择在载体图像小波变换的高频系数细节子图隐藏信息, 并优先选择在对角高频系数细节子图中隐藏。计算局部子块的方差值作为隐藏信息的嵌入系数, 并通过计算高频子图的噪声敏感模型ωθ(i,j)决定隐藏信息的位置。充分考虑了人眼的各种视觉掩蔽效应, 使得隐藏信息后的结果图像相比隐藏之前没有出现明显的降质。实验结果表明该方法能够有效提高信息隐藏的不可知性, 达到了很好的隐藏效果, 同时能够有效地抗击噪声、裁剪和压缩等攻击影响, 具有很好的鲁棒性, 在信息安全领域有较好的应用前景。

随着通信与网络的快速发展, 能够包含大容量信息的影片得到了广泛应用。利用分数阶傅里叶变换的特点, 提出了一种全光学加密解密影片的方法。将现有的影片加密密钥从二重变为了四重, 显著增加了影片的安全性。通过改变振幅型正弦光栅的作用位置, 将影片的加密解密次数由现有的每帧各一次减小为总共一次, 优化了算法。仿真结果验证了该方法的有效性。

应用影像法, 对机械加工的渐开线塑料齿轮齿廓偏差进行测量。由于塑料齿轮在机械加工中受机械应力和热应力影响较大, 而导致齿廓应变较大, 为精确反映塑料齿轮的齿廓偏差, 并判定塑料齿轮齿廓公差的精度等级, 对测量中出现的回转偏心误差、回转分度误差、瞄准示值误差和重复性测量误差进行了不确定度的A类和综合评定。并通过统计控制方法中的极差控制图进行分析, 得到相同的评定结果。利用对塑料齿轮单齿齿廓偏差的检验, 结合随机抽样检验的原理, 对塑料齿轮齿廓精度等级进行了判定。最终得出机械加工塑料齿轮, 齿形误差较大, 超出国标中规定的齿轮精度等级的范围, 适合实验室模型展示而不适合用作工业齿轮的结论。

建立了一种基于亚微米光栅透射共振理论的蛋白质检测模型, 设计了一种金属光栅型蛋白质检测生物传感器, 运用光栅耦合激发表面等离子体共振理论对提出的模型进行了理论分析, 通过计算机计算模拟, 分析了蛋白质样品折射率、厚度等对透射率的影响。结果表明: 透射率与样品折射率、厚度呈二阶多项式关系, 并且厚度、折射率都随灵敏度的增加而增加。这种检测模型可应用在蛋白质检测传感方面。基于此方法的蛋白质检测模型具有同时检测蛋白质种类和含量、灵敏度高、实时、无需标记, 便于集成芯片化, 适用于批量生产、成本低等优点, 在蛋白质芯片、生物分析、环境监测、生物器件研发等方面具有广泛的应用前景。

为了提高基于CCD测量系统的测量精度, 对传统的基于CCD的测量方法和测量精度进行了研究。当CCD成像平面与被测物体成一夹角α时, 导出空间距离与图像像素之间的非线性关系。提出了通过标定和校准来提高基于CCD测量精度的新方法。实际结果表明, 该方法可满足对大尺寸物体的高精度测量。

立体匹配算法是三维重建的关键步骤。由于实际场景中经常存在大片灰度相近的区域, 稠密三维重建存在计算时间长、实时性差的问题。采用了场景的轮廓来重建场景的方法。基于场景中相邻点之间的视差应当是连续的假设, 解决了轮廓在匹配时存在的“噪点”的问题, 利用动态规划法对轮廓上各个点的视差进行约束以及求解最优解。由于提取轮廓后需要匹配的点数大为减少, 用时可减少为原来的10%, 得到与场景一致的轮廓视差图。

介绍了单边带调制微波毫米波生成技术研究的背景及意义, 综述了几种主要的单边带调制微波毫米波生成技术方案, 包括移相法、滤波法、非线性效应法, 以及在此基础上的改进方法, 如应用于ROF系统中基于谐波抑制的新型单边带调制方案、应用超窄双传输峰光纤光栅实现光学单边带调制等。还介绍了两种新型单边带调制生成微波毫米波技术, 包括基于极性反转电光调制器的单边带调制技术以及新型光学注入锁定单边带调制实验系统

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型, 并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现: 光通过光子晶体时, 在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模, 且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应; 当入射角一定时, 共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制; 当入射光入射角度增大时, 多共振模出现整体蓝移, 同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。