传统的高光谱图像分类主要是基于像素的光谱特征, 在一定程度上忽略了高光谱遥感图像中像素之间的空间相关性。为了充分利用高光谱图像中的空间信息, 提出了一种基于加权多结构元素无偏差形态学的空间特征提取方法, 并基于形态学的多尺度特征和结构保持性提出了基于邻域的多尺度空间特征提取方法, 得到了高光谱遥感图像的空间特征。对k-NN分类算法进行改进, 提出了基于变精度粗糙集和重构误差的k-NN分类算法, 实现了基于空间特征的高光谱遥感图像分类。在两个不同的高光谱遥感图像的实验验证了基于空间特征和改进k-NN分类算法的性能。

提出了一种由嵌入式环谐振腔和Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪组成的新颖带通滤波器, 嵌套环是在环谐振腔的基础上, 引入一个类似双线耦合环谐振器的外谐振环。依据耦合模理论推导出滤波器传递函数, 并分析了环的光学长度、耦合系数和内外环长度比对其影响。模拟结果证明, 通过改变结构参数, 滤波器的中心波长和带宽可调, 中心波长在1520nm~1600nm波段任意可调, 带宽调整范围可达0.2nm~102nm。且保持输出波形有较高的平坦度和较低的旁瓣, 可满足通信系统宽带及超窄带带通滤波器的设计要求。

从耳镜变焦的目的出发, 结合人耳的形状特点和耳镜的实际应用, 使用粒子群优化PW系数求解结构参数的方法设计了一款3倍变焦的耳镜光学系统。变焦系统在做大范围观察时, 视场角为2ω=30°, 在长焦位置做仔细观察时, 70lp/mm处MTF大于0.3。设计了入耳部分的微型结构, 并使光斑直径小于爱里斑直径, 畸变小于20%。在耳道各位置均能清晰成像, 耳镜的使用更加方便, 在耳疾诊治领域有广泛的应用前景。

研制了一台高速波长连续扫描光纤激光器。使用SOA作为增益介质, 用高速可调谐法珀滤波器作为波长调谐器件, 构成的环形腔激光器。测量结果表明, 激光器的平均输出功率2.6mW, 波长扫描范围40nm, 波长扫描范围内功率波动范围小于±0.4dBm, 线宽小于0.01nm, 扫描速度达到2kHz。

反射式激光聚焦系统使激光推力器具备了推力矢量控制能力, 并且聚焦系统不存在球差, 具有广阔的应用前景。针对三种二次反射聚焦方式, 抛物面-双曲面、平面-抛物面、抛物面-平面, 在建立的聚焦系统坐标系下, 通过几何光学方法分析了两个反射面母线参数之间的数学关系, 以及聚焦特征参数与两个反射面母线参数的关系, 并建立了程序设计流程。针对特定的聚焦特征参数设计要求, 在光学软件ZEMAX中进行了反射面的建模和聚焦效果的验证, 为下一步开展聚焦性能的研究打下了基础。

以喷洒不同浓度杜邦万灵的香梨作为研究对象, 探讨了应用高光谱成像技术检测香梨表面农药残留的方法。运用376~1051nm高光谱成像系统采集200个香梨的高光谱图像, 其中120个香梨为建模集, 80个香梨为预测集。运用多元散射校正(MSC)对光谱数据进行预处理, 然后采用连续投影算法(SPA)提取了11个特征波长。基于处理后的光谱数据, 分别运用多元线性回归法(MLR)和主成分回归法(PCR)两种算法分别建立农药残留检测的模型, 比较两种模型的结果。通过比较, 采用MLR建立的农药残留检测模型效果较优, 其校正集相关系数(Rc)为0.973, 校正均方根误差(RMSEC)为0.260, 预测的正确率可以达到91.7%, 对较低浓度残留的预测正确率达到80%。研究表明, 应用高光谱成像技术可以成功地检测香梨表面农药残留, 并且对低浓度检测也有很好的效果。

针对图像分割中经典GAC模型无法准确分割深度凹陷、灰度不均匀的目标和容易穿越弱边界的问题, 提出了改进的GAC模型。利用图像Renyi熵、图像灰色关联度、图像的局部方差信息构造新能量函数, 扩大经典GAC模型的边界检测能力。仿真结果表明,改进模型在减少分割时间的同时能够成功分割出目标深度凹陷部分, 对弱边界、目标灰度不均匀或背景灰度不均匀也有较好的收敛效果, 其分割效果不仅优于CV模型, 也优于CV模型的两个最新改进模型(LBF和GACV)。

开展了光纤预警系统在实时监控振动信号时受到土壤温度影响的理论分析和实验研究。以基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统为基础, 土壤振动分析采用弹性半空间理论, 并与光纤传感理论相结合, 解释了温度对光纤预警系统中土壤振动信号的影响, 建立并分析了理论模型。通过对1.2km光纤预警系统的现场实验, 采集了在温度改变时土壤振动信号的变化。实验表明, 土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大, 说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境的影响。

以前向光散射颗粒测试技术中的反演问题为研究对象, 将颗粒粒径分布函数表示为一系列B-spline函数的线性组合以降低反演问题的病态性。模拟计算与实验表明: 采用基函数形式的Tikhonov正则化方法可减少传统Tikhonov正则化反演带来的振荡, 使其更加光顺。

针对激光钎焊熔深难以控制的问题, 选取激光焊接功率、焊接速度等激光焊接过程中所涉及的控制参数建立基于BP人工神经网络的激光钎焊模型。根据激光钎焊模拟实验的历史数据对焊接熔深进行预测, 采用遗传算法对控制参数进行优化, 得到目标焊接熔深。运用MATLAB软件建立了针对铝合金/镀锌钢的激光熔钎焊过程的参数的BP人工神经网络模型,并利用遗传算法的并行和群体搜索策略, 对其控制参数进行了优化, 使得焊接熔深能通过过程参数精确控制, 提高了接头性能。

激光线扫方式获取的点云数据量庞大, 不利于点云数据的存储、处理与分析。为了对激光线扫点云数据进行有效精简, 提出了一种基于OTSU多阈值分割算法的激光线扫点云数据表达及精简方法。基于点云数据坐标与图像灰度值的映射, 采用OTSU多阈值分割算法进行区域分割, 并将分割后的各区域进行边缘提取及细化处理。根据原映射关系将细化的二值图像重新以点云方式表示, 即得到精简的点云数据。在保持原有点云数据关键信息完整度的基础上, 可有效地精简点云数据。实验结果表明: 基于OTSU多阈值分割算法可有效地精简点云数据, 同时能够有效地去除扫描过程中的背景干扰数据, 具有较大的适用性和实际应用参考价值。

充分利用光纤光栅传感网络的频域和时域资源, 综合考虑了光栅传感环境特点、传感点铺设和维护等因素, 提出了一种新型的基于粗时分复用的TDM/WDM光纤传感网络设计方案。先按时分复用方式将光纤传感环境划分成不同时延的传感域, 再将域内传感点按波分复用方式进行波分复用, 并结合网络拓扑结构分析了网络中的影响测量结果的主要因素。方案引入了传感域和时延容差概念, 可以放宽对传感点精确位置的要求, 可对传感网进行分域管理, 便于替换死亡的传感器, 更加方便、简洁地实现大容量光纤光栅传感系统, 可依据器件具体情况灵活分配传感域内域外的传感器复用数, 使每个传感单元的传感成本显著降低。

罗兰光栅作为罗兰光栅光谱仪的核心分光元件对整个仪器至关重要, 罗兰光栅在制造和使用过程中主要存在刻线误差、光栅的曲率半径误差和定位误差。采用光线追迹的办法分析罗兰光栅的各种误差对罗兰光栅光谱仪接收能量的影响。结果表明: 曲率半径误差对Ⅳ型罗兰光栅光谱仪影响较小, 刻线误差必须控制在-0.2~0.15l/mm刻线以内, x方向定位误差严格控制在-0.055~0.025mm之间, y方向定位误差控制在-0.03~0.015mm之间, 罗兰光栅光谱仪对光栅绕z轴旋转误差最为敏感, 控制在10-3度量级。通过对罗兰光栅误差的分析, 为罗兰光栅光谱仪的高效利用和研制奠定了基础。

为了改善不同类型光纤熔接时的模场失配, 通过调整普通光纤熔接机的熔接参数, 对模场直径较小的光纤进行加热扩芯, 实现了10/130μm大模场面积双包层光纤和6/125μm单模光纤的低损耗熔接, 光纤耦合效率可达到91%, 并成功应用于自主研发的小型1064nm光纤激光器中。对利用光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器进行了理论分析, 并用1064nm光纤激光器测量其实际传输损耗。实验结果表明: 采用普通光纤熔接机, 适当的调整熔接参数, 可以有效地提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率, 为制作模场适配器提供了一种简单实用的方法。

为了研究人眼对不同的颜色的辨色阈值, 利用积分球配出色差值可以调整的颜色刺激图样, 采用限定法, 检测出6名色觉正常的观察者在4个颜色中心的辨色阈值, 并和CRT的数据进行比较。采用性能因子PF/3分析观察者的测试精度, 并在a*b*图上绘制实验颜色恰可辨别图。通过对实验数据进行处理和分析, 人眼在4个颜色中心的辨色阈值是有差异, 在评价辨色阈值的性能方面, CIEDE2000色差公式好于CIELAB色差公式。实验的结果可为颜色科学及色差公式的改进和发展提供参考。

提出了一种利用多尺度斑点检测的快速视盘定位方法。首先通过斑点检测确定12个视盘的候选区域, 然后综合利用候选点邻域内的外观和血管特性决策视盘真实位置。对五个公开的数据集1540幅图像进行了测试, 定位准确率达到97.9%。算法可以在缩小后的图像上进行检测, 因此检测效率高, 在五个数据集中平均检测时间约0.2s, 远快于目前绝大部分检测算法。实验表明, 对正常和轻度病变图像视盘检测效果很好, 但是对严重病变的图像以及部分低质量的图像中的视盘检测, 准确率仍有待提高。

为了研究荧光粉发热对大功率LED器件热特性的影响, 设计了五种不同荧光粉涂敷方式的大功率LED器件, 利用ANSYS软件建立热力学模型进行仿真。将模拟与实测结果进行比较, 结果表明, 铝基板底部的实测温度、透镜顶部的实测温度、芯片的计算结温与加荧光粉热载荷的模拟温度更相近, 不加荧光粉热载荷条件下的模拟温度要低于加荧光粉热载荷的模拟温度和实测温度, 并且荧光粉涂敷的量以及涂敷的方式对芯片结温、铝基板底部温度、透镜顶部温度都有影响。

针对光纤陀螺输出是非平稳信号的特点, 提出了小波-ARMA模型建模方法, 并与ARIMA模型进行了对比分析; 针对滤波方程中的量测噪声不能确定的问题, 提出了基于量测噪声自适应的滤波方法, 并与卡尔曼滤波进行了对比分析。研究结果表明: 滤波方法相同时, 小波-ARMA模型的滤波效果优于ARIMA模型; 模型相同时, 自适应滤波效果优于卡尔曼滤波; 且建模精度大于滤波方法对滤波效果的影响。Allan方差分析表明: 基于小波-ARMA模型的自适应滤波能很好地滤除光纤陀螺中的量化噪声, 提高陀螺的输出精度。

在原有金属卤化物光源与光纤耦合结构的基础上, 提出了一种新的光纤耦合方案, 为了满足光供电系统的光功率需求, 根据几何光学的理论, 提出一种新的LED 光源阵列排布方案。在对LED的发光特性研究的基础上, 设计了一种新的光学准直方法, 运用ZEMAX软件进行仿真, 并对透镜参数进行了优化, 准直结果角度控制在了±4°范围内。针对光束尺寸与光纤的匹配问题, 进行了聚焦耦合设计, 弥散斑的RMS尺寸大小为7.410μm, GEO点尺寸为16.091μm, 光学系统95%以上的能量集中在20μm范围之内, 达到了很好的耦合效果。

为了改进SPR传感器灵敏度低、稳定性差、测量范围窄等问题, 基于光的衰减全反射理论设计了一种SPR传感装置。利用FDTD计算机软件分析得到: 设计的结构分子层和金属薄膜之间的界面磁场强度得到极大地提高, 测量精度有了显著的改进; 很大一部分倏逝场能量集中在表面等离子共振区, 倏逝波的强度非常强。