为了同时同位测量石英管的外径和壁厚, 建立了激光透射成像系统, 对系统测量原理进行研究。基于几何光学和菲涅尔公式, 分别导出平行光垂直照射石英管后的透射光线偏向角、相对光强与入射光线离轴距离之间的关系; 通过数值计算, 分析了偏向角、相对透射光强随入射光线离轴距离的变化特点; 针对物方远心光路, 分析了光阑对偏向角和相对光强的限制; 基于CCD成像原理, 通过引入标定系数和补偿因子, 导出石英管外径与壁厚的计算公式。实验结果表明: 外径绝对误差和相对误差的平均值分别为0.119mm和0.91%, 壁厚绝对误差和相对误差的平均值分别为0.153mm和6%。

提出一种在线型光纤法布里-珀罗折射率传感器。传感器由空芯光子晶体光纤两端熔接单模光纤而成。理论分析并实验验证了其折射率传感特性。结果表明, 干涉条纹对比度随溶液折射率的增加而减小, 与理论模拟一致。提出利用标准差解调方法对干涉谱进行分析, 标准差解调方法具有更好的线性度和准确性, 可靠性更高, 便于编程实现自动化、快速的数据分析和溶液折射率的实时检测。

提出了一种渐进自由曲面镜片的光学性能仿真方法, 能够在镜片的设计阶段对镜片的光焦度和散光分布进行仿真分析。采用双三次样条曲面拟合法, 通过计算自由曲面镜片面型离散点数据局部点云拟合曲面的函数, 得到曲面上各点的主曲率, 进而得到渐进自由曲面镜片的光焦度和散光分布。结果显示仿真方法得到的镜片光焦度和散光分布图与基于莫尔偏折法原理的FFV软件仿真和实际加工得到镜片的测量结果相类似。

具有Parity-Time (PT )对称性的光学系统是近年提出的一种新型光学结构, 在光开关、光子信息处理器件等方面具有潜在的应用。研究了局域单PT对称光学系统中双级孤子和三级孤子的存在范围与稳定特性。研究结果表明: 多级孤子存在一临界传播常数, 传播常数对应了线性模下的本征值。双级孤子和三级孤子仅能在较深的PT对称势中才能稳定地传输。多级孤子的稳定性的范围随着PT对称势的深度增加而扩大; 孤子的能量随着传播常数的增大而增加, 但随着PT对称势的调制深度的增加而减少。

针对彩色遥感图像中薄云带来的降质问题, 提出了一种基于低秩矩阵分解的去云方法。将彩色遥感图像分成三个单通道图像, 对每一个通道进行低秩矩阵分解, 得到单通道薄云信息; 根据薄云在三个通道中均匀分布的特点, 选取合适的阈值对薄云信息进行自动判定, 提取代表三个通道的薄云图像; 用三个通道的图像分别减去对应通道的薄云图像, 并融合三个通道的结果得到去云后的彩色遥感图像。实验结果表明, 该方法不仅能够保留无云区域信息的完整性, 而且对有云区域的处理在主观视觉效果和客观评价指标上都具有较好的效果。

传统的图像分割算法在处理高噪声显微图像时, 由于背景复杂, 很难得到目标完整的区域轮廓。通过对不同图像分割算法的性能进行对比, 提出了一种改进的二维最大熵阈值遗传算法结合数学形态学除噪分割的方法。首先用改进的二维最大熵阈值算法结合遗传算法对高噪声显微图像进行粗分割, 除去图像中大量的背景噪声, 然后运用数学形态学进行细分割, 滤除剩余少量杂质和孔洞, 提取出目标轮廓。实验结果表明改进的方法较传统分割方法具有更强的抗噪声能力及更快的处理速度, 有效地实现了高噪声显微图像的除噪分割。

光纤续接时, 横向偏移对耦合效率的影响非常显著, 为了降低光纤续接对横向偏移的敏感性, 提出了新型有方向性锥形通信光纤连接器。采用了沿信号传输方向的锥形结构, 从而提高其可靠性。根据波动理论, 对新连接器的纵向传播常数进行泰勒级数展开, 得到了锥形光纤功率分布的近似解。分析了锥体长度、锥度以及和光纤折射率等参数对耦合效率的影响。还试制了6个锥形连接器样品, 进行了耦合效率实验测量, 实验测量结果和理论分析是一致的, 从而验证了理论分析的正确性。

在圆柱坐标系下, 利用分离变量的方法求得了非局域克尔介质中拉盖尔-高斯光束传输的精确解析解。当输入功率等于临界功率时, 光束演变为拉盖尔-高斯涡旋光孤子, 是一种旋转的多环光孤子; 当输入功率接近于临界功率时, 光束在传输过程中形成拉盖尔-高斯涡旋呼吸子。结果表明, 低阶的拉盖尔-高斯孤子呈现中空多峰亮环分布。

根据偏心透镜组的结构原理, 利用液晶空间光调制器(LC-SLM)对其结构进行了优化。对LC-SLM等效透镜功能的原理进行了分析, 模拟仿真了利用LC-SLM对光束进行调制的结果。实验验证了LC-SLM通过加载菲涅尔透镜相位图, 实现了对光束会聚功能, 并且通过耦合位移相位因子可以实现会聚光斑平移的功能, 能够代替在偏心透镜组中实现同一功能的透镜。配合后续的透镜组, 理论上可以控制光束实现大角度的扫描。

针对人体尺寸自动提取的问题, 提出一种基于PCL点云库的交互式算法。通过单台Microsoft Kinect 采集人体点云数据, 使用邻域平均法进行去噪预处理; 通过人机交互的方式选取特征点得到所对应的点云轮廓; 采用改进的凸包算法估算人体胸围、腰围、脖围尺寸。实现了全面的非接触式人机交互, 具有操作便捷、速度快的特点。实验结果表明交互式人体尺寸提取方法能够适用于不同人群, 改进的凸包算法能够有效地提高尺寸精度; 提取的人体尺寸满足GB/T 23698-2009的精度要求。

将数学形态学中的高帽变换算法应用于液位高度的检测之中。利用形态学高帽变换, 并选用大结构元素, 对具有复杂背景的比色皿中的液位图像和分层液位图像进行处理, 实现了液位高度的快速准确检测。实验结果表明, 该方法适用于医学生化分析仪比色皿中样品液位高度的检测, 其原理也可以用于其他工业装置中的液位高度检测。

针对大于500℃的高温环境, 提出了一种可用于高温温度测量的高温光子晶体光纤(PCF)温度传感器。在光子晶体光纤末端熔接一段纯石英无芯光纤构成外腔式光纤法珀腔(EFPI)结构。纯石英无芯光纤在高温下的热膨胀和热光效应使得EFPI的光学腔长发生变化。结合光纤白光干涉测量技术, 通过测量EFPI的腔长得到被测温度。在不同温度环境下, 对腔长为175μm的EFPI光纤温度传感器进行连续测量。测量结果显示, 设计的高温光纤温度传感器在27~1100℃范围内, 腔长-温度三阶拟合精度达到99.95%, 腔长-温度灵敏度为(0.851+0.0023T-0.000000957T2)nm/℃, 其中在1100℃时, 温度测量分辨率为0.225℃。

为提升TLD目标跟踪算法的每帧处理速度, 以达到在更高分辨率视频中跟踪目标的实时性要求, 在TLD算法框架的基础上, 提出了一种基于自适应尺度检测学习的目标跟踪算法(AS-TLD)。当跟踪目标成功时,选取当前帧跟踪到的目标尺度及几个相邻的尺度作为下帧检测目标时滑动窗口尺度的选取范围; 而当跟踪失败时, 则选取在TLD算法初始化阶段, 根据跟踪目标及视频图像大小选定的尺度来保障长时间跟踪目标, 从而有效减少了平均每帧扫描的窗口数量。实验结果表明, 该方法不仅有效地降低了检测模块的检测时间, 显著提高了整体算法速度, 而且通过动态选取尺度, 在一定程度使得TLD各个模块更加协调, 跟踪精确度得到提升。

现行的CIE显色指数对白光LED的评价结果存在与视觉感知不符的问题, 需要新的显色指数计算方法或对CIE显色指数进行改进。提出了一种基于视觉实验改进的计算白光LED显色指数的新方法。通过色块样本的光谱反射比与光源相对光谱功率分布之间的关系, 改进了显色指数计算公式, 得到改进后的显色指数。把CIE显色指数与改进后的显色指数分别与视觉评价结果进行对比, 证实了改进后的显色指数更符合视觉评价结果。

在灯具设计中, 特别是开发投光灯、轨道灯等类型灯具时, 经常会遇到系列化设计问题。在不修改基本外形结构的情况下, 要想获得不同发光角度、照度均匀, 提出了一种通过鳞甲片改变出光角度的反射罩设计方案, 包括鳞片参数的计算、基面合理分隔方法、实际仿真模拟。最终给出同样基面, 发散角(FWHM)为20°、40°、60°, 光能利用率均达到75%, 匀光效果85%左右的设计结果, 证明该设计方法可行性。

提出一种水印算法的新思路, 可以自适应地确定水印嵌入的区域和强度。基于HVS的人眼掩蔽效应对图像亮度和纹理敏感度的量化指标进行计算, 图像先后两次分块。依据评分选择最佳嵌入区域后对其进行单尺度Retinex分解, 将其分解为用于评价亮度信息的照度分量和评价纹理信息的反射分量。根据评价结果, 设置不同的水印嵌入强度分别嵌入图像小波域中频的各分块中。提取的水印通过数学形态学处理以提高其可辨识度。嵌入水印的不可见性得到最大化实现(PSNR=40.0),鲁棒性较佳, 能抵御信号处理和几何攻击。能根据图像特征自适应分析水印的最佳嵌入位置, 在保证隐蔽性的同时嵌入尽可能多的水印信息; 水印的安全性也得以保障, 是一种应用面广、适应性强的数字水印算法。

基于压电陶瓷的微摆镜是一种典型的二维角驱动部件, 微摆镜系统的实用化需要进行微角度的测量, 以便得到驱动电压与微偏转角之间的对应关系。设计了一种基于位置敏感探测器(PSD)的微摆镜角度测试系统, 应用激光自准直原理, 采用两次45°折返式结构, 缩小了系统的体积并解决了传统折返式系统难以精准搭建的问题; 采用多层前馈神经网络法对PSD进行了非线性校正, 修正后整个系统的测量精度可达0.5″, 测量范围为±400″。符合微摆镜角度测量的要求。

针对基于RGB混色技术在小角度、近距离空间内较难实现彩色LED,且有关彩色变焦照明相关文献也较少的问题, 设计了一款彩色变焦照明系统。系统主要由LED光源、TIR透镜、微结构透镜组成, 可在650mm处实现良好混色照明, 变焦范围为4.2°～9.1°(半光强角), 且变焦照明过程中, 在光强下降为20%的角度内能量利用率达85%以上, 半光强角内的能量利用率始终在75%以上, 满足设计要求。