利用多波长差分吸收雷达同时观测Miyakejima（34°04′22″N,139°31′40″E）火山爆发在对流层产生的SO2、O3以及气溶胶。此观测技术通过合理选择激光波长对（（288.83nm,289.83nm）,（288.10nm,289.83nm））能消除观测数据中由于SO2、O3的吸收以及气溶胶散射导致的相互影响,提高观测精度。用波长对（288.10nm,289.83nm）测量O3的浓度,然后再用实测O3所产生的吸收矫正其对SO2观测（使用波长对（288.83nm,289.83nm）)浓度的影响;气溶胶消光系数通过实测弱吸收波长回波信号（或由532nm 的单波长回波信号）直接反演所得,并用来矫正气溶胶对SO2、O3观测产生的散射和消光误差;介绍了实验之前用于测试光路调试的定标误差分析,以及由于激光能量和实测大气的不稳定产生的统计误差。 实测火山爆发产生的对流层二氧化硫的浓度高达45ppb,测量误差小于10ppb,远远大于通常情况下二氧化硫的本底浓度1ppb;长期观测对流层臭氧的浓度约为45ppb,在2000年冬季对臭氧进行了时间为半个月的连续观测,最高浓度达250ppb,该高浓度臭氧可能来自于平流层的传输,该数据有助于研究对流层顶与平流层底交接区的大气运动。

针对肢体动作有限的虚拟人仿真系统,提出了一种基于视频序列的虚拟人渲染方法。首先利用建模工具获取关键表情和口型的脸部模型,并对脸部模型进行预处理,在选取脸部模型后,采用基于模型的脸部姿态估计算法,将其叠加到包含肢体动作的图片上以生成具有新表情的图片;然后利用图像变形技术逐次生成含有虚拟表情的图像序列,并将图像序列转换为视频,通过播放视频渲染出逼真的虚拟人。实验结果表明,渲染得到的虚拟人的真实度有了明显的提高。

在LiNbO3∶Fe晶体中实验观察了由内在噪音引起的调制不稳定性和加入振幅掩模后产生的调制不稳定性,并对二者进行了比较。在使用振幅掩模时,根据晶体c轴方向与振幅掩模所带周期格子暗斑主轴方向的关系,分两种配置进行了观察比较,第一种配置是二者平行,第二种配置是二者成45°夹角。实验结果表明,掩模的加入加快了调制不稳定性的出现,但在第二种配置下产生的调制不稳定性对晶体内已形成的光子晶格的影响较小,并且这些周期性的光子晶格反过来对调制不稳定性的进一步发展有很好地抑制作用。由于光孤子有很高的应用价值,而调制不稳定性被看作是光孤子形成的预兆,所以研究它具有广泛的应用前景。

相比于传统的多层减反膜,渐变折射率减反膜有更好的减反性能。通过沉积折射率介于基底与空气且均匀变化的介质材料可以制备渐变折射率减反膜。选择的制备方法不同,会导致渐变折射率减反膜的结构不同,其减反效果也有所差异。通过数值模拟仿真,研究不同结构的渐变折射率减反膜在不同入射角时的减反效果,可得出渐变折射率减反膜的最优结构。最优结构的渐变折射率减反膜当入射角为0°~45°时对可见光的反射率在0.6%以下,当入射角为75°时反射率低于15.5%。

提出了一种基于降采样模型的显微热图像高分辨力重建算法,该算法通过与三次样条插值放大得到的像素点相比较以补偿微扫描产生的系统误差。仿真和实验结果表明,提出的方法减少了由于微扫描误差所带来的图像重建质量下降,提高了光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力,具有较强的实用价值。提出的方法还可以应用到其他光电成像系统中以提高系统空间分辨力。

基于Stokes矢量和Mueller矩阵,推导了任意偏振方向的线偏振度表达式。在入射面内改变探测角和偏振方向,通过实验室和野外偏振检测实验验证了推导结果,并以目标与背景偏振度对比为主要指标研究了影响伪装目标偏振检测的偏振方向因素。研究结果表明：探测角在镜面反射方向附近,不同偏振方向的偏振度对比波动较小;虽然野外环境的结果波动稍大,但当以偏振片最大透光轴方向垂直于入射面为参考方向时,偏振方向间隔60°和45°的偏振度对比较间隔30°稳定;计算表明偏振图对比度明显高于强度图对比度,间隔60°的偏振度对比较高,间隔45°的次之,间隔30°的偏振度对比较差,偏振检测效果不佳。

为了实现对变压器振动的状态监测,需要选择有效位置布置测点。变压器主要由铁芯、绕组构成,并由夹具固定,在工作状态下产生振动,尤其在共振时振动过大会造成绕组及铁芯变形,从而导致运行故障。通过有限元分析,建立绕组及铁芯-绕组模型,得到绕组前三阶固有频率,分别为1749.1 Hz、1760.8 Hz、1911.3Hz,铁芯-绕组模型前三阶固有频率分别为70.807 Hz、142.59 Hz、163.73Hz,同时得到相应振动波形及谐响应曲线。通过分析可知,在进行铁芯-绕组整体振动监测时应将测点置于变压器顶端,而针对绕组监测时应将变压器置于绕组中部。

为了提升双目视觉系统三维重建的准确性和实时性,提出了一种基于区域分割和匹配的方法。针对实际场景中存在大面积灰度相近区域的现象以及稠密三维重建存在实时性差的问题,采用分水岭算法提取区域轮廓进行三维重建;针对轮廓边缘的误匹配问题,建立区域匹配和边缘点匹配的双重约束条件进行优化匹配;根据平行轴双目立体视觉模型进行三维重建。结果表明：采用轮廓特征进行匹配因其匹配点数大为减少,匹配用时提高了90%;由于采用了双重匹配策略,匹配和重建的准确性得到了保证。

应用Compton散射模型、平均原子模型和碰撞-辐射模型,研究了超强激光等离子体推进机制,提出了将入射光和Compton散射光作为超强激光等离子体推进新机制,给出了束缚电子占据概率和流体力学修正方程,得到了O、Ne、N、Xe的等离子体烧蚀压、等效烧蚀深度和烧蚀速度随入射激光功率密度变化的模拟结果。结果表明：与散射前相比,随着激光功率密度增大,Xe烧蚀压最大,其次是Ne、O、N;O等效烧蚀深度最大,其次是N、Xe、Ne;Ne弛豫时间最长,其次是O、N、Xe;Xe烧蚀速度最快,其次是Ne、O、N。采用含电子多的轻元素超强激光等离子体,有利于等离子体整体推进。

通过对360°环幕中多人指向性六维位姿跟踪进行研究,提出了一种基于线状随机分布的标志点的光学跟踪方法。该方法利用柱面中母线是直线以及摄影变换交比不变的特性,通过几何散列算法实现对线状标志点中各个点的区分识别;提出了一种基于排列顺序的编码方式实现对误识别点的排除,实现了对摄像机的指向性六维位姿的跟踪。通过仿真软件模拟360°环幕跟踪系统,并在不同距离和不同角度下应用图像上点的反投影误差均值对跟踪效果和精度进行分析,验证了该系统的实时性和鲁棒性。

为了考核拼焊式SiC反射镜在一定温度波动范围内的面形稳定性,利用有限元方法模拟了在温度水平试验条件5℃温差下反射镜的热变形情况。利用曲面方程拟合方法处理镜面变形数据,计算出变形后的镜面面型误差RMS值为1.841nm,满足航天用反射镜对面形指标的要求,考核了该反射镜在一定环境温度范围内的面形稳定性。将模拟结果与相同条件下的环境试验结果相比较,二者误差为3%,具有较好的一致性。验证了该有限元模型以及性能参数的合理性,可为今后更大口径的拼焊式SiC反射镜的研制提供数值模拟基础和材料参数依据。

实现运动模糊图像恢复的关键是获得准确的点扩散函数(point spread function,PSF)。针对PSF的模糊尺度和模糊方向这两个重要参数,提出了一种基于图像频谱全局均值标准差的估计方法。通过研究运动模糊图像的产生机理,分析了二次傅里叶变换的频谱特性,利用全局均值标准差法对频谱图进行阈值分割,结合中心点和端点的坐标距离来估计模糊尺度,运用Radon变换鉴别模糊方向,实现了PSF参数的确定。进行了标准图像阈值分割准确度的验证,利用仿真模糊图像估计算法进行了验证,并进行了实际复原实验。结果表明,该方法具有误差小、稳定性高和不受运动方向限制的特点,为图像恢复提供了一种准确、简便的参数估计方法。

空间光学载荷在飞行任务期间受复杂热环境的影响,部分关键部件如光学镜体及其内部支撑结构由于温度变化带来的热变形会对载荷整体性能产生重要影响。精确模拟空间外热流作用下的载荷飞行和关键部件在给定温度场下的结构变形,可为其热设计、结构设计提供科学依据和有效支撑。以某空间光学载荷为例,基于Sinda/Fluint和Patran仿真分析软件,通过仿真流程开发,提出了基于同一有限元网格的机热联合仿真方法。经过与现有方法的比较,前者能够实现温度场参数在软件间的无误差传递,能较为准确地得出预示温度下全场热变形结果,保证了空间光学载荷的热变形仿真精度,提高了计算效率。

提出了一种基于小波变换的三维模型加密全息盲水印算法。该算法选取三维模型球面坐标与重心的距离作为离散二维信号,首先进行小波变换得到水平分量,水平分量经过小波变换后得到低频部分,将水印图像经光全息加密嵌入到低频部分,再经过逆小波变换生成含水印的三维模型,水印的提取是水印嵌入的逆过程。实验结果表明,该方法对噪声攻击、旋转、平移、比例变换、重排序攻击等具有很好的鲁棒性,且加密全息水印图像具有很好的水印安全性。

提出了一种多光轴渐进多焦点镜片设计方法,选取人眼观察使用的实际光瞳为眼镜通光口径内的小光瞳对应的元透镜设计。在子午面上,镜片视远点与视近点之间的光焦度由8次多项式确定。在光瞳面内,包含远视区和邻近视近区光瞳的光焦度分别取双曲线类型和抛物线类型分布。鉴于元透镜都是小像差系统,把元透镜看作是中心厚度已知的薄透镜,采用高斯光学方法设计面型,不必进行光路追迹和像差平衡。实验结果表明,多光轴渐进多焦点镜片屈光度和像散符合理论设计分布要求。为渐进多焦点镜片设计提供了一种新的途径。

为了提高射流加工效率,提出使用多喷头结构来提高工件的去除效率。根据流体力学原理,从理论上分析了多喷嘴冲击射流复合流场的结构特性,对不同喷嘴数目复合流场的流场分布进行了定量计算;针对复合流场的特性进行了模拟研究,得到工件壁面流体速度、压强的分布曲线。建立了单喷嘴、三喷嘴和七喷嘴的材料去除理论模型,并对去除量分布进行了计算和比较。结果表明,当冲击高度为10d,喷嘴间距为5d时(d为射流喷嘴直径),三喷嘴模型材料去除率是单喷嘴模型材料去除率的2.16倍,七喷嘴模型材料去除率是单喷嘴模型材料去除率的4.25倍。

围岩压力状况的在线实时监测,特别是在煤矿爆破过程中,对及时采取安全支护措施和预防顶板失稳具有重要意义。利用ANSYS有限元仿真分析顶板的受力分布,将一种双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器通过全锚锚杆使传感器均匀地承接来自直接顶的压力作用。在试点处,通过螺母与锚杆伸出端的螺纹连接,用托盘将土压力传感器紧紧顶靠在围岩顶板上。采集数据显示,监测数据的曲线走势出现三次峰值突变,分别为128kPa、87kPa和134kPa,反映出煤矿爆破对围岩压力产生的扰动作用。实现了在爆破过程中对围岩压力的实时监测,为进一步的顶板失稳预报提供了可靠的数据支持。

针对目标在真实红外场景图像中的非线性、非高斯特性,从非线性理论出发构建状态和观测模型,提出了一种基于最优非线性滤波算法的红外弱小目标检测前跟踪算法。采用基于谱分离思想的Wiener混沌展开方法对构建的随机微分方程进行求解,并将算法结构分为两部分：一部分与观测数据无关且耗时的计算放在观测前期完成;另一部分是与观测数据有关的实时快速计算放在后续执行,以提高运算效率。仿真结果表明,该算法在低信噪比红外目标检测中表现出了良好的检测性能,更适合实时应用。

为满足特殊的成像要求,渐进多焦点镜片表面需要使用非旋转对称非球面,采用传统的加工方法很难实现。通过对该产品制法核心关键技术进行探讨,提出了一种新型的渐进多焦点镜片的制备工艺——下沉成型法。该技术可对光学玻璃双焦镜片进行升级,有利于促进光学玻璃在眼镜业的发展。

渐进多焦点镜片可为佩戴者提供自远点到近点全程、连续的清晰视觉。检测仪器由光源、聚焦镜、CCD、镜片夹具和转动装置等构成,用于检测渐变镜片视远区、视近区、渐变区的度数变化。提出了仪器装置的总体设计方案,通过CCD采集图像,经过后续处理可以得到镜片的屈光度分布图。结果表明,该仪器操作方便可行。

BOTDA布里渊背向散射光谱数据表现为洛伦兹型曲线,对不同的单模光纤和多模光纤会生成不同的波峰个数,单模光纤中的布里渊背向散射光谱表现为单个波峰,采用非线性最小二乘法对单峰进行拟合,采用高斯-牛顿迭代法求最小二乘解。迭代运算的效率取决于初始值的精度,当误差较大时,迭代次数会增加,甚至无法收敛。采用传统法和定积分法分别获取某一初始值。实验结果表明,在满足同等精度的条件下,定积分法能降低迭代次数,对布里渊背向散射光谱的单峰拟合具有较好的效果。