通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系, 分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上, 提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法, 该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度, 减小系统误差, 加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。

针对长输管道的实时监测和周界的安全预警, 建立基于双Sagnac干涉仪的分布式光纤传感安全预警系统, 包括双Sagnac干涉仪的光路系统和基于LabVIEW平台的控制与检测软件。分析了管道破坏和周界入侵等产生的外界扰动信号对光相位信号的调制原理和利用频域幅值法的定位原理, 并研究了脉冲扰动信号和连续扰动信号的过零数分布情况。基于以上原理, 开发了报警算法、定位算法和外界扰动类型判别算法软件, 并进行了实验研究。实验结果表明, 该安全预警系统可实现外扰动的实时监测、定位和扰动类型判别功能, 具有定位精度较高、运行稳定可靠、操作便捷等优点, 在工程中具有良好的应用前景。

随着大功率LED光源性能的不断提高, 大功率LED路灯已经得到了广泛的应用。针对大功率LED路灯设计, 提出适用于多芯片的新型二次光学系统, 实现光学透镜模组化设计。利用微槽群阵列技术进行模组散热器设计, 提高LED路灯的散热效率。通过测试配光曲线和温度等参数, 分析LED路灯的性能。

针对太阳模拟器设计和装调过程中光学积分器对辐照均匀性产生影响的问题, 在详细阐述光学积分器工作原理的基础上, 通过光学软件Zemax建立光学积分器成像模型, 利用模型具体分析和研究了积分器两透镜组对应元素透镜间的光轴一致性误差对辐照均匀性的影响, 并提出了消除光轴一致性误差的方法。通过实验验证了该方法的可行性与正确性。

对车牌中的字符进行精确提取并识别是车牌识别系统面临的重要问题。在字符提取阶段, 利用车牌图像特有的信息特征, 提出以红色分量作为目标图像, 依次进行水平和垂直投影完成字符分割, 既可精确提取字符, 又可矫正字符形态。将基于结构相似度SSIM(structure similarity)的算法应用于车牌识别, 避免了前期对字符结构信息做大量的对比统计工作, 省略了特征提取的步骤, 降低了算法复杂度; 利用角点检测方法对相似字符进行细化和区分, 进一步完善了整体的识别性能。实验证明, 该算法有较好的识别率。

立体匹配, 其目的是在对两幅存在一定视差的图像进行匹配后, 获得两幅图像精确的视差图, 是计算机视觉领域的重点和难点问题。为了快速、高效地获得高精度的稠密视差图, 在充分研究了基于边缘特征的立体匹配和基于局部窗口的立体匹配两类算法的基础上, 提出了一种基于局域边缘特征的自适应立体匹配算法。首先该算法自适应地选择局部匹配窗口大小, 并计算其中相应位置的权值, 实现初次匹配, 然后再以基于边缘特征匹配获得的高精度稀疏视差图作为约束, 修正部分误匹配点, 最终获得准确、稠密的视差图。实验表明, 该算法具良好的实验结果和较大的实用价值。

为了解决具有大畸变内窥镜标定的标志点提取困难和人工参与较多等问题, 提出了一种简单快速准确的棋盘格标志点提取方法。该方法是采用粗提取和优化来完成棋盘格标志点的提取的: 首先利用高斯滤波去除图像噪声, 并计算两次图像的梯度特征, 利用梯度极值约束得到粗提取的角点; 然后利用棋盘格标志点的对称特点消除噪声点的影响, 并得到优化的角点位置。实验结果表明, 该方法简单易行, 计算量小, 不需要人工干预即可获得全部标志点, 反投影误差小于0.2pixel。

提出了一种从外腔式氦氖激光器平凹谐振腔腔内产生光强分布具有椭圆对称性的因斯高斯光束(Ince-Gaussian Beams, IGBs)的方法。利用3.5mm大毛细管直径的放电管, 通过轻微调节放电管俯仰角和球面反射镜来打破谐振腔的对称性,可得到丰富的高斯模式和较好的IGBs光场分布图, 与理论计算图对比具有较好的一致性。

根据高稳定性半导体激光(LD)泵浦单块非平面环形腔(NPRO)单频激光器对于功率稳定性和频率稳定性的要求, 设计并研制了一套高精度的精密温控系统。该系统基于模拟比例-积分-微分(PID)控制原理, 采用程控调节P和PI的方式, 通过对半导体制冷器(TEC)的驱动控制, 实现在-10~+70℃范围内对LD和NPRO单块晶体温度的精确控制, 控温精度达±0.01℃。采用该温控系统的LD泵浦1645nm NPRO单频激光器, 30min内相对波长稳定性达8.32×10-7。

随着激光加工技术的发展, 硬脆性材料的激光加工成为国内外研究的热点。建立了硬脆性材料3D有限元模型, 采用扫掠法对模型进行了网格划分, 选择高斯分布的激光光源为热源模型, 实现了硬质合金和碳化硅脉冲激光打标过程的数值模拟, 得到了这两种材料的温度场分布。

为了验证激光辐照CCD时产生的串音饱和现象, 从理论上给出了单束激光辐照下CCD发生串音饱和时的物理模型, 并在此基础上给出了两光束入射情况下CCD发生串音饱和时的物理模型。通过定量计算得到了激光入射能量密度与CCD饱和像素数量的关系曲线和具体数据, 并通过实验进行了验证。理论和实验结果表明, 入射激光功率密度与CCD饱和区域面积之间呈非线性关系。当两束光同时进入CCD时, 其中一束光的功率的增加会对另一束光的探测起到明显的干扰作用。

多光谱成像可以从背景中凸显出目标物, 但微型多通道滤光片在不同通道之间存在光谱串扰问题, 影响目标的识别。通过光谱串扰分析, 建立光谱串扰模型, 提出光谱串扰系数, 通过灰度值统计的方法定量评价光谱串扰。对已加工的一种光谱串扰程度约为16.74%的微型多通道滤光片获取的多光谱图像进行了对比分析, 经过串扰模型处理后的图像与原始图像相比, 其对比度有了显著的提高。实验分析结果表明, 该模型对评价多通道微型多光谱滤光片的光谱串扰具有很强的针对性, 对提高多光谱图像目标识别效果明显。

支撑组件作为连接空间相机与卫星的部件, 应具有多重功能, 以适应相机运载和空间应用的需求。动力学设计应满足相机与卫星平台的共振频率错开, 避免共振, 并尽量降低响应幅值。为实现这一目标, 建立支撑组件与空间相机的两自由度振动模型, 改变支撑组件的刚度和阻尼, 观察相机响应的变化规律。结果表明, 支撑件的刚度对空间相机整机的共振频率起决定性的作用, 较大的阻尼能在一定程度上降低共振幅值。根据模型的指导, 提高阻尼系数有利于减小响应幅值, 选择将支撑组件中的部分零件使用阻尼合金。试验表明, 空间相机各方向上的共振频率在可用范围内, 共振幅值降低了15%以上。

针对空间相机反射镜组件在随机振动试验中出现的疲劳破坏问题, 为了保证结构的安全, 应用有限元方法预测结构随机振动疲劳寿命。首先建立了反射镜组件有限元模型, 然后进行了模态和频率响应分析, 最后利用MSC.Fatigue软件结合材料S-N曲线和载荷谱进行了随机振动疲劳分析。通过分析得到反射镜组件的疲劳寿命最小为80235s, 其位置在柔性支撑结构的十字筋处。结果表明, 反射镜组件的疲劳寿命远大于试验的所需时间, 满足设计要求, 可以对材料的选取和结构的优化设计做出快速响应, 为结构随机振动疲劳寿命的研究提供参考和依据。

由航天器上反作用飞轮、太阳帆板等部件产生的平台在轨振动是影响高分辨率遥感器成像质量的重要因素。基于LANDSAT-4平台模拟振动谱建立了平台在轨振动环境下遥感成像模型, 讨论了航天器平台振动谱中各典型振动信号成分的强度对像质的影响, 并将各振动成分依照对像质的影响强烈程度进行了排序, 指出均匀白噪声成分所引起的颤振对像质的影响超过低通噪声成分所引起的像移。讨论了低通噪声成分的频谱形状与像质之间的关系, 给出了带宽与噪声增益之间的拟合公式。通过搭建硬件实验平台, 对仿真结果进行了验证。研究结果为航天器平台与遥感器隔振设计分析提供了依据。

作为常见的偏振光学元件之一的波片, 如1/4波片、1/2波片和全波片, 被广泛应用于高数值孔径(NA)成像系统(偏光显微镜和浸没式光刻机)的偏振检测技术中。随着系统NA的日益增大, 正确分析和精确计算大角度斜入射光波经过波片后产生的相位延迟变得至关重要。目前的分析方法主要是基于电磁波传播理论和光线追迹法两种。由于前人在使用上述两种方法时, 不仅计算过程较为复杂, 没有最终表达式, 而且计算结果存在较大的差异。首先推导波片中e光波法线的折射率表达式, 然后再推导e光光线的折射率表达式, 最后分别利用电磁波传播理论和光线追迹法导出斜入射光波通过波片后的o光与e光之间的相位延迟。计算结果显示, 利用这两种方法得到的相位延迟最终表达式完全一致。准确地描述了波片的相位延迟特性, 为波片的设计和误差分析提供了严格的理论依据, 具有重要的理论意义和应用价值。

利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外分光光度计(UVPC)和魔角变换核磁共振(MAS-NMR)等方法对锂铝硅磷酸盐玻璃的局部结构和紫外透过性能进行了研究和表征。添加适量Li2O替换P2O5构成新的玻璃网络。通过核磁共振光谱分析表明, 玻璃中的硅和磷分别处于四配位和三配位的配位态, 而铝则有四配位、五配位和六配位三种不同的配位态。随着Li2O含量的增加, 铝的平均配位数逐渐降低, 这表明体系中的铝从网络修饰体变成了网络形成体。通过红外光谱分析表明, 铝氧四面体中的铝和硅形成了Si-O-Al键, 也使P-O-Al键逐渐增多。这些提高了玻璃的联通性, 使玻璃结构更加完整。因此, 玻璃在200nm处的透过率逐渐升高, 这得益于Al-O-T(T=Si, P)键由非桥氧键变成桥氧键。