研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性, 计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系, 绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标: 扫描范围、分辨率及能量效率, 研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响, 据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面, 自定义参数模拟光束的偏转效果。

针对传统折反射全景成像系统的图像必须依赖展开技术的问题, 提出一种基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计。利用国内首款仿视网膜CMOS探测器各环上像元与周向、径向空间瞬时视场的对应关系, 推导了双曲面反射镜的镜面参数, 构建了基于BIT Retina52探测器的全景成像系统。系统实现了无需坐标变换的全景图像直接输出, 较之传统折反射成像系统, 改善了空间角分辨率变尺度分布问题。

多自由度双目立体视觉系统可以解决传统双目立体视觉视场区域小的问题。避免双目摄像机每转动一个角度都需要重新标定外参数, 提出了一种基于转轴参数的标定方法。只需标定出初始位置时双目摄像机的内外参数, 使摄像机绕转轴旋转, 根据单应性原理测量摄像机与标定模板的位姿关系, 确定转轴方向矢量与轴上点坐标。最终利用Rodrigues旋转矩阵确定旋转已知角度后双目摄像机的外参数, 实现多自由度双目系统的标定。实验结果表明, 提出的方法能准确测量转轴参数, 完成多自由度双目立体视觉系统的快速标定, 提高系统的工作效率。

探究渐进多焦点自由曲面镜片非对称设计过程中, 内偏移量对镜片光学性能的影响。推导人眼在观察物体时, 双眼汇聚而内转的偏移量计算公式。仿真在同等参数条件下, 为实现左右眼平衡设计及在视觉生理上的视像对称, 渐进多焦点自由曲面镜片下加光区四种不同的内偏移量产生的光焦度和散光分布图。通过仿真结果得出, 不同的内偏移量对镜片的光焦度和散光分布有一定的影响, 特别是周边像散区的分布大小; 渐进多焦点自由曲面镜片的内偏移量应根据屈光不正患者实际的验光参数计算得到。

在利用即时定位与建图(SLAM)来对周围的环境进行三维建模的应用场景中, 提出了一种改进的检测回环的方法。利用深度相机获得的三维点云数据进行正态分布变换 (NDT)匹配, 得到各个时刻间的初始相对位姿, 之后利用随机抽样一致(RANSAC)算法来进一步提高初始匹配的精度。混合回环检测方法是利用空间位置的方法来锁定初始的候选匹配对象, 减少全局搜索的耗时; 利用基于外观相似性的方法对候选对象进行最后的判别, 选择具有强鲁棒性的回环。对公开数据集及室内采集的数据进行实验, 并与RGBD-SLAM 和 RTAB-MAP两种算法进行对比。结果表明, 提出的方法原理正确, 并在运行一段时间后, 可获得比其他两种算法更快的闭环检测速度。

为了利用数字图像相关(DIC)方法对剪切带的位移和应变进行测量, 提出了一种修正的子区分割法。根据子区中心点的坐标和剪切带的倾角确定分割线, 对分割后的两个子区分别进行搜索, 并根据相关性较好的子区确定测点的位移。利用提出方法和传统DIC方法分别计算了源图片产生裂纹情形及变形产生剪切带情形下测点的位移和应变。结果表明, 在裂纹及剪切带附近, 修正的子区分割法的位移误差限分别为0.2像素及0.25像素, 传统DIC方法的位移误差限分别高达3像素及0.6像素; 在剪切带内, 修正的子区分割法的剪应变误差限小于或等于传统方法的; 修正的子区分割法具有较好的计算剪切带的位移和应变的能力。

针对当前动作识别技术中正确识别率不高, 易受到环境变化的影响等问题, 提出了一种基于受限玻尔兹曼机与密集采样特征迭代加权融合的动作识别算法。避免单个特征对图像序列的表达力不强, 引入了受限玻尔兹曼机(RBM)特征与密集采样(DT)特征分别对行为动作进行特征提取, 得到RBM特征和DT特征; 定义一种迭代加权函数, 将RBM特征与DT特征进行加权融合, 形成描述能力更强的RBM-DT特征; 基于K-近邻(KNN)算法, 对RBM-DT特征进行分类学习, 完成动作识别的决策判断。通过在KTH、Hollywood数据集上实验表明: 与当前动作识别技术比较, 提出的新算法能够有效识别各种行为动作, 对各类型动作均具有更高的正确识别率与鲁棒性。

提出了一种针对图像的复制-粘贴篡改进行检测的方法。算法以图像子带编码为基础, 利用Hu不变矩和Zernike矩的不变量对篡改图像进行检测。对图像做子带编码处理, 得到近似子带(LL)图像, 对近似子带图像进行Hu不变矩和Zernike矩的特征提取, 用来表征图像的信息, 最后采用上述特征信息进行图像的相关匹配。实验中将所提算法与极余弦变换(PCT)算法以及图像Zernik矩算法进行比较, 结果表明所提算法对图像的旋转、平移攻击具有更优质的鲁棒性, 提高了检测准确率。

目前的焦距仪为了增大测量范围, 会配备一组测量镜头。在测量不同范围焦距时需要进行更换, 过程繁杂, 影响工作效率。解决这一问题, 设计一个五档变倍的测量镜头, 通过了变焦与变物距两个方法实现变倍, 用档位之间的切换代替目前的更换测量镜头提升工作效率。设计完成后, 放大率变化为8.0~0.16X, 物距变化为20~1000mm, 测量范围: (-1000mm,-5mm) U (5mm,1000mm)。通过ZEMAX模拟仿真实验表明: 设计得光学系统测量范围大, 各个变倍位置成像质量良好, MTF曲线接近衍射极限, 可以替代原有的测量镜头组。

基于传输矩阵理论和光学谐振原理, 研究了含敏感空气缺陷层的一维光子晶体谐振腔的谐振特性, 建立起敏感气体折射率变与红外波段谐振峰波长之间的线性变化关系。设计了基于红外波段光子晶体谐振腔的线性折射率传感器, 利用MATLAB软件数值模拟, 得到线性传感器的半峰带宽小到3nm左右、Q值可达到1400、敏感度可达1070nm/RIU。在光谱仪的分辨率为0.01nm时, 传感器的分辨率可达9.35×10-6RIU。结果表明, 基于光子晶体结构的折射率传感器, 具有良好的线性特性、高的灵敏度以及高Q 值等特点, 可为气体折射率检测提供一定的理论参考。

食品安全隐患越来越受到重视, 而食品添加剂的过量使用更是个重要的因素。应用FS920荧光光谱仪, 研究了防腐剂山梨酸钾的荧光特性, 得到山梨酸钾荧光特征峰于λex/λem=375/490nm采用基于最小二乘支持向量机对橙汁溶液中防腐剂山梨酸钾进行检测, 通过改进的遗传算法寻优最小二乘支持向量机参数。经过样本训练得到橙汁溶液山梨酸钾的回归模型, 对未知浓度的溶液进行预测, 将新算法与基本遗传算法寻优的模型和BP神经网络对比。结果表明, 自适应遗传-最小二乘支持向量机建立的预测模型在平均相对误差3.54%和平均回收率96.46%都是最优的,是一种准确有效的橙汁中山梨酸钾浓度检测方案。

双边滤波是一种结合了图像空间邻近度和像素值相似度的非线性滤波方法。当噪声水平较小时, 使用输入的待去噪图像来引导双边滤波核函数权重的计算较为可行, 但当噪声水平变大时, 噪声图像的结构信息被严重破坏, 影响了双边滤波器中值域核函数权值的准确计算。提出了全变分引导的双边滤波图像去噪方法, 给出其Split Bregman快速算法。利用全变分模型对噪声图像进行光滑, 得到一幅包含清晰结构信息的图像, 将图像作为双边滤波的引导图像进行计算, 对上述过程进行迭代处理以提高算法的稳定性。实验表明, 提出得算法不仅在主观视觉效果上优于双边滤波, 客观评价指标PSNR值也较双边滤波提高了1.5dB左右;在较好去除噪声的同时较好地保持了边缘结构。

提出一种用于激光三维成像的均匀光照明系统, 通过仿真实验验证了系统的有效性。光纤脉冲激光器发射窄脉冲红外激光光束经过光纤分路器后, 出射 64路能量相同的激光光束, 每一路激光光束从光纤阵列出射, 出射阵列置于发射光学系统焦点前后, 形成点阵照明, 被目标物反射的激光光束经接收光学系统接收后, 成像于APD面阵探测器之上, 像元和点光源一一对应。解决了传统照明系统存在的光能分布不均匀和激光能量利用率低的问题。

先后采用平行光法和透镜成像法获得光斑, 比较这两种光斑对线阵CCD数据采集稳定性的影响。结果显示采用透镜成像法获得的光斑更窄、亮度更均匀、边界更清晰锐利, 线阵CCD数据采集的稳定性更高。提出了普通透光玻璃的拉丝形成抛物柱面透射光栅的模型, 解释了光斑出现明暗相间条纹和光斑波形上出现小峰的原因。小峰造成线阵CCD采集数据出现错误, 光斑像元值不稳定。采用光学玻璃作为透光玻璃, 消除了光斑波形上的衍射小峰, 有效地控制了光斑像元值的采集误差, 提高了测氧仪的稳定性和测量精度。

Mueller矩阵成像法可用于获取生物组织的微观结构信息, 在组织早期癌变的诊断中发挥着重要作用。采用不同的成像方式得到的结果往往具有很大的差异。为了保证Mueller矩阵成像法对组织癌变诊断结果的可靠性, 需要明确成像方式不同对检测结果的影响。建立了正常和癌变上皮组织散射模型, 利用Monte Carlo仿真法对比研究了癌变对上皮组织前向和后向散射特性的影响。仿真结果表明, 采用前向散射成像方式时, 去偏参量对组织状态的改变比较敏感, 但去偏参量随组织癌变的发展并非单调变化; 而采用后向散射成像方式时, 相位延迟参量随组织状态的改变有显著变化, 且相位延迟随组织癌变的发展单调减小。

在双目视觉系统立体匹配中, 相似度计算是不可或缺的步骤, 而相似性计算的过程存在着精度和速度上的矛盾关系。就此提出了两个加速策略: 用以减少匹配搜索像素点个数的分层筛选策略和用以减小匹配窗口相似性计算量的自适应间隔策略。以绝对差值和(SAD)算法和归一化互相关(NCC)算法为例阐述了加速策略的实现步骤。实验证明使用分层加速策略和自适应间隔策略的可行性, 使得原始算法在基本保持精度的情况下获得了速度的大幅度提升。

介绍一块Ф1300mmULE材料非球面反射镜的加工与检测方法。采用非球面超声铣磨、机器人研抛等多个工序组合加工技术完成了非球面反射镜的加工。在非球面检测中, 采用大口径三坐标测量的方法进行了研磨阶段的面形检测, 通过Z向滤波的方法对面形拟合过程中的噪点误差进行了处理, 将研磨阶段的面形精度提高至5μm PV值。在干涉仪测量阶段, 采用气囊支撑方法对反射镜的重力误差进行了卸载, 通过非线性误差矫正的方法去除了零位补偿检测所带来的非线性误差, 反射镜的最终精度达到0.016λRMS。试验结果表明, 大口径非球面反射镜各项技术指标均满足设计要求, 所用工艺方法适用于加工更大口径的非球面反射镜及其他类型的大口径非球面光学元件。

基于微分几何理论, 提出了一个通过零动态控制实现同结构单模激光Lorenz系统的混沌同步控制方法。对于误差动力学系统, 通过动态扩充相对阶和部分状态反馈线性化获得两个子系统, 分别独立设计控制器形成复合控制。对于非最小相位系统和最小相位系统两种情形的模拟仿真, 验证了方法的有效性, 表明了对同类问题的适用性。

提出了一种基于光干涉法测量小样品光学平板玻璃挠曲刚度的方法。应用平板理论及牛顿环原理推导了光学平板玻璃挠曲刚度与牛顿环干涉图像之间的解析公式, 通过自行设计的牛顿环应力测量装置测量了光学平板玻璃的应力及对应的牛顿环干涉图像, 得到了光学平板玻璃的挠曲刚度。实验结果显示: 测得的挠曲刚度数据与厂家标称值相比, 在应力29.02~38.66N范围内, 测量相对误差不超过±6.9%; 在应力16.07~29.02N范围内, 测量相对误差不超过±11%。

结合人眼在观看立体影像时的融合位差, 重新推导了观看立体影像的舒适区范围, 并对平行式立体拍摄系统的基线长度范围进行重新的界定。根据推导结果, 在舒适区条件下以基线长度所允许的最小值为基准, 获取5组不同基线长度下的视差图, 再通过虚拟现实立体显示器验证了推导结果的正确性。结果显示可指导舒适区条件下双目立体系统的搭建。

为更加合理的利用太阳模拟器焦平面辐射能流, 以所构建的集聚型太阳模拟器为研究对象, 利用红外热像仪对光源和焦平面离焦时焦平面温度场进行实验测试以体现焦平面辐照度变化情况。结果表明: 随着光源或焦平面离焦, 焦斑内辐照度由高斯分布逐渐变得分散, 辐照不均性降低, 焦斑面积明显增大; 光源正向离焦5mm比负向离焦5mm造成焦斑内辐照度分布更加分散, 总辐照度损失更大; 焦平面负向离焦100mm相比于氙灯离焦5mm, 焦斑范围内辐照度不均度变化不大, 平均辐照度下降更低。研究结论可为太阳模拟器调焦机构设计、合理利用焦平面辐射能流提供重要参考。

SOP贴片元件的定位识别主要采用的是Canny 算子进行图像边缘检测, 传统的Canny算子在滤波和阀值分割方面不能很好地满足SOP元件的识别精度。针对此问题, 对Canny算子进行改进, 采用中值滤波及形态学闭运算滤波替代Canny算子的高斯滤波器, 能更好达到去噪效果; 提出一种基于改进的最大类间方差法自适应的搜索出Canny算子的双阀值, 解决了SOP元件对外界环境变化敏感问题; 利用Canny算子提取出边缘轮廓结合基于邻接矩阵的搜索方法和最小二乘法实现元件的定位识别。仿真结果表明, 改进后的算法能更好的提高SOP元件的识别精度, 具有较好的自适应能力。

基于两步广义相移干涉术, 设计微小形变测量实验装置, 介绍工作原理和测量方法。采用同轴相移数字全息正交光路, 记录形变前后物光、参光、干涉图强度, 以两步广义相移干涉算法为基础, 恢复原物光相位和表面形貌信息, 相减后得到表面形变量。实验结果表明, 相对于现有表面微小形变测量方法, 提出得方法能够精密测量物体表面微小形变量, 方法简单易行, 精度可达纳米量级。