利用包括低轨卫星星座及同步轨道卫星等无线通信空中平台所发出的微波信号，提出一种基于飞行物体对微波的遮挡效应进行飞行物体监测的方法。如何定量分析遮挡效应是这种新方法需要解决的一个关键问题。由于微波衍射和光衍射本质上是相同的，提出利用光学分析的方法来解决这一问题。通过将整个微波链路系统用一个简化的光学系统来描述，用角谱法计算并分析了飞行物体相对于微波传播路线的移动速度、飞行物体高度等参数对接收机接收的微波强度的影响，为进一步研究这种新的监测方法奠定了基础。

散斑存在于光学相干层析成像(OCT)信号中，不可避免地影响OCT图像质量。通过对OCT系统中的噪声源进行分析，提出了一种傅里叶域OCT图像散斑噪声降噪的分数阶积分算法。为了克服单纯主观视觉判别图像质量的局限性，均方误差、峰值信号噪声比和边缘保护系数被选为图像去噪评估标准。通过实验与中值滤波和维纳滤波方法进行比较，结果表明，该算法可以有效地保留OCT图像中的重要边缘细节信息，同时有效消除噪声，使图像细节清晰，提高图像质量。

针对高通量数字聚合酶链式反应荧光基因芯片检测的需求，提出了一种基于荧光显微光学技术的基因芯片检测系统。系统以无限远荧光显微系统为框架，通过制冷CCD一次完成较大视场的成像，顺序移动基因芯片得到全部图像，通过图像拼接完成检测，切换二向色镜组实现检测不同荧光通道的目的。光学系统分辨率可达16.3μm、曝光时间500ms，目前只需要拼接35次，即可在1min内完成对28mm×16mm的基因芯片内两万多荧光通道的检测，极大的提高了检测效率。

为解决传统牙科三维扫描仪扫描中的抖动问题，提出了一种基于相机阵列的新型牙科三维扫描仪。利用多个不同视场的相机可以直接单次照相获取目标的三维信息，避免了扫描过程中抖动带来的影响，提高系统实时性。由于牙齿尺寸较小，所以选择微透镜阵列代替大型相机阵列，在减小系统体积的同时可以更好地保证相机间光轴的平行度。实验结果显示，系统最终实现了单颗牙齿的视差和深度计算。系统结构简单，便于小型化和低成本口内牙齿三维测量设备的研制，进一步推进医学数据的数字化进程。

黄曲霉毒素是一种毒性极强的生物毒素，广泛存在于各种农产品与食品中，对公众健康危害极大。提出了一种基于光激化学发光均相免疫检测技术的黄曲毒素B1检测方法，利用生物素亲和及抗原与抗体免疫反应，形成受体微球-AFB1-BSA完全抗原-AFB1单抗体-供体微球的聚合体系，在激发光作用下产生化学发光反应，根据化学发光值可定量分析样品中黄曲霉毒素浓度。通过分析并优化反应条件，包括各种反应物浓度、反应体系体积、反应温度与时间等，可实现最低检测限0.048ng/mL、最低定量限0.22ng/mL、批内与批间变异系数均小于10%、植物油样品中AFB1的加标回收率在87~105%之间。方法灵敏度高、特异性强、免清洗、检测速度快，在真菌毒素现场快速检测领域具有广阔的应用前景。

设计了一套基于谐衍射的液体透镜变焦系统。系统对可见光波段成像，视场角2ω为150°，焦距f′为20~120mm，可实现6X变焦。采用两片液体透镜，利用电润湿原理，无需改变透镜间距，只需调整施加于之上的电压即可实现变焦，同时引入一个谐衍射面来校正大视场所引入的色差。系统的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率60lp/mm时，短焦高于0.7，长焦高于0.6，成像质量很好。系统的设计既保证了成像的高清晰度，又减小了系统体积，可广泛应用于内窥镜和智能手机等微型变焦系统领域。

用不同波长的光激发葡萄糖溶液和血清样品，确定血清的最佳激发波长。以相同波长的光激发含不同血糖浓度的血清样品，得到不同血清的荧光发射光谱，通过分析其荧光光谱判断血清中的血糖浓度大小。实验结果表明，检测血清的最佳激发波长为340nm，血清中葡萄糖的发射峰位置为470nm; 随着血清中葡萄糖浓度的增加，荧光光谱图中荧光峰处荧光强度总体呈上升趋势，光谱的面积积分强度和导数光谱中一阶导数的最大值也呈上升趋势，荧光峰的半峰宽整体呈现下降趋势。荧光光谱分析法操作简单，灵敏度高，费用相对较低，为血糖检测提供了有力的参考。

针对现有Φ1m ULE○R空间反射镜减重需求，采用多层蜂窝堆栈构型进行轻量化设计。为提高这类新构型的设计效率，推导了多层蜂窝堆栈反射镜的等效建模方法，分析了结构参数变化对等效模型计算精度的影响以及对蜂窝堆栈反射镜面型、基频的影响。结合等效模型与响应面法提出了多层蜂窝堆栈反射镜的高效设计方法，规避了详细模型建模复杂、计算耗时长的缺陷。基于所提方法设计的Φ1m主镜质量为56kg，面形RMS值为1.84nm。设计结果表明方法能有效提高多层蜂窝堆栈反射镜的设计效率。

设计一个有效的连续自由曲面，将给定的准直激光光束映射成任意模式的目标照明，仍然是一个具有挑战性的问题。提出一种基于光线映射来构造连续自由曲面的方法，通过计算光源与目标区域两者辐照度分布之间的光线映射关系，构造出光滑连续的自由曲面。对于准直输入光束，采用最优运输法计算光源与目标之间的光线映射; 根据折反射定律和可积条件，推导出用于求解可积映射关系和连续自由曲面的一般条件; 证明在小角度近似的情况下，基于最优运输法得到的光线映射关系可以满足可积条件; 通过逐线积分法求解出满足一定边界条件的线性平流方程，从而完成连续自由曲面的构造。实验表明，利用逐线积分法求解标准积分方程构造出的连续自由曲面能实现任意模式的目标照明，能量利用率达98.95%。结果表明，基于最优运输法得到的光线映射关系在自由曲面和目标平面之间的距离较大时近似可积，提供了一种有效的构造连续自由曲面的方法。

为了解决目前深海生物探索中存在的“有观无测”问题,提出并研发了基于立体视觉的深海生物原位观测系统。深入研究了水下三维视觉的关键技术,解决了水下视觉系统标定问题。针对游动生物扭曲段高精度测量,提出了一种基于Ramer算法的鱼类轮廓分段测量算法。结合特征匹配算法及极线约束条件完成匹配工作。基于所研制的搭载三维视觉系统的深海水下作业平台开展了试验，结果表明，在1.5m的工作距离条件下,水下测量精度为1.0mm。

利用IRTracer-100傅里叶变换红外光谱仪测量了柴油介质的光谱数据，根据光谱数据反演柴油介质的光学常数，分析不同温度对柴油透射光谱及光学常数的影响。研究结果表明: 在波段400~2000cm-1范围内存在470cm-1、1377cm-1、1454cm-13个吸收区域; 柴油的折射率对光谱的选择性很强，吸收指数呈现波动性变化; 在波段905~1200cm-1范围内，柴油的折射率随波长增加波动性较大，吸收指数随温度升高而明显下降，25℃波数为939cm-1时吸收指数存在最大值0.01523; 在波段1800~2100cm-1范围内，柴油的折射率随温度升高而增大，吸收指数在2085cm-1存在最大值0.00738。

玻尔兹曼常量的定值致使温度测量逐步从协议温标向热力学温标过渡。为实现一种量子化的热力学温度测量传感方案，利用直接吸收光谱方法精密测量铯133原子D1(6S1/2→6P1/2)跃迁吸收谱线，依据谱线多普勒展宽分量获得原子气体在该平衡态下的热力学温度。实验验证将外腔扫描激光器输出频率锁定于精密波长计，实现1000s稳定时长条件下10-9量级的频率稳定度; 通过振幅型声光调制器闭环控制实现优于1000∶1的测量信噪比; 通过福格特线型拟合得到多普勒展宽半高全宽宽度。在室温条件下，初步结果显示温度测量误差为0.12%。由此验证了基于原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温方法可用来实现芯片尺度、免标定的热力学温度测量。

为提高光学遥感卫星图像地面定位精度，提出了一种基于全光学路径的相机/星敏感器视轴指向监测方法。方法采用同一基准部件分别建立相机和星敏感器测量通道，基准部件采用激光二极管作为测量光源，经过会聚和准直进入相机/星敏感器光学系统并成像，当相机/星敏感器相对基准部件视轴发生变化时，成像光斑相应地也发生位置移动，进而可以获取相机视轴转动信息; 基于所提方法建立了光学模型，利用光线追迹法对相机夹角变化进行仿真与分析，并与理论分析结果进行对比。结果表明，方案可以满足高精度的相机视轴监测。

研制了一种宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器，激光器基于环形腔结构，采用980nm的半导体激光器作为泵浦源，掺铒光纤作为增益介质，使用一段未泵浦的保偏掺铒光纤作为饱和吸收体压窄线宽。使用光纤法布里-珀罗滤波器作为选频器件，通过调节光纤其驱动电压实现光纤激光器的波长扫描。利用激光器的相干长度与干涉仪干涉条纹的关系动态测量激光器的光谱线宽，最终得到了扫描范围为1515.1～1588.6nm，线宽小于0.025nm的波长连续可调的光谱输出。

提出一种基于马赫-曾德尔干涉仪的扭转传感器，通过实验进行了验证。干涉仪采用无芯光纤-七芯光纤-无芯光纤的结构，当七芯光纤发生扭转时，中心纤芯和外部纤芯的相位差发生变化，使得其透射光谱随之改变。实验结果表明，随着七芯光纤扭转角度的增加，输出光谱的下陷峰向短波长方向偏移，其传感敏感度为0.33 nm/(°)，角度最小测量精度为0.15°。所提光纤传感器具有成本低、构造简单、制作简便的优点，可以应用于涉及扭转、旋转等的角度测量领域。

为了有效地检测混合液体的浓度，运用平面波展开法与光子晶体禁带理论，研究了光子晶体禁带宽度和混合液体浓度的对应关系。以砷化镓(GaAs)为背景材料的三角格子空气孔二维光子晶体内分别填充不同浓度的水醋酸、水甲醇混合液体，讨论了混合液体浓度与介电常数对二维光子晶体禁带宽度的影响。模拟结果表明，在温度保持不变的情况下，浓度在0~0.60mol/kg之间变化时二维光子晶体TE模没出现光子晶体禁带而TM模出现的光子晶体禁带宽度随着混合液体浓度和介电常数的增大而逐渐变窄且向高频区域移动。这一结果为生物化学中混合液体浓度的检测方面提供很好的参考依据。

在筒子纱染色的工业生产中，获取机械臂及纱杆锁扣的相对位置实现机械臂的精确定位和抓取目标是染色过程的关键技术。设计了基于单目视觉的机械臂目标定位及光学测量系统，通过单目光学成像的方式实时获取锁扣目标的图像，结合图像分析算法解算出目标空间位置以及目标与机械臂的相对位置。利用OPC通讯技术，将目标的空间位置信息传输给机械臂控制模块并控制机械臂的运动实现目标的抓取。通过现场实验，机械臂定位系统的定位误差在2mm范围内。

提出了一种基于形态成分分析的多源图像融合方法。为了将源图像中不同形态结构的卡通-纹理成分分离，把图像的分解问题转化为图像的分类问题，设计了卡通纹理判别字典学习模型。考虑到图像分解不仅与字典有关，还与分解的策略有关，设计了一种新的图像分解模型。在模型中，将纹理成分看成叠加在源图像卡通成分上的噪声，引入非局部均值相似性的一致性正则项，来约束稀疏编码系数的解空间。根据对应成分的编码系数l1范数值最大来选取融合图像的编码系数。实验结果表明，无论是在视觉效果还是在客观指标上，方法都具有更好的融合性能。

设计了一种压缩感知耦合梯度下降的IR-VI图像自适应融合方案。引入S-函数对IR图像进行预处理，增强其对比度。利用非下采样Contourlet变换对IR与VI图像分解，分别得到低频与高频系数。对低频系数，利用自适应区域平均能量准则对其进行融合，以减少边缘模糊。对于高频部分，引入压缩感知进行稀疏采样，再采用绝对最大值选择与自适应高斯区域标准差的融合规则，通过高斯模糊隶属度建立的自适应控制融合过程，并利用基于梯度下降迭代算法来求解稀疏信号，形成高频融合系数。通过逆NSCT生成最终融合图像。实验表明，与当前流行的红外-可见光融合算法比较，所提算法具有更高的融合质量，输出图像的信息更丰富，边缘与纹理更为清晰。所提算法具有较高的融合质量，在红外、安防以及模式识别等领域具有一定的应用价值。

针对桥梁裂缝图像精度要求高，拼接质量受原图像亮度变化大、噪声干扰严重和对比度低的影响，提出了一种结合几何代数改进的SIFT桥梁裂缝图像的新型拼接算法。对SIFT算法进行了两方面的改进: 一是通过几何代数空间的表示形式提取了待拼接图像的色度图像，克服了SIFT算法中色度信息丢失的不足; 二是改进了SIFT算法对灰度图像建立尺度空间的方法，构建了新的可适用于多光谱图像的高斯滤波和卷积运算，确定了尺度空间。通过几何代数DoG空间检测特征点并进行预匹配。使用改进的RANSAC算法对匹配结果进行修正，完成了图像之间的精确拼接。实验结果表明，所提算法的性能优于SIFT算法，提取的特征点对数量提高了近10%; 拼接过程中未产生位错现象，最终拼接结果满足桥梁裂缝图像的精度要求。

在基于微悬臂梁的光学读出红外成像系统中，获得的红外图像有明显噪声，甚至有连续噪点组成孔洞，让目标难以辨识出来,因此提出基于特征模板卷积的红外图像增强方法。利用Hough变换根据微悬臂梁结构的特点，获得特征卷积模板的尺寸信息，根据成像系统特点建立卷积模板。让模板在图像内逐点卷积，建立评价参数阈值消除图像内噪声。进行均值滤波来填补噪声点及FPA单元的间隔，获得增强后的红外图像。实验结果表明，方法不仅能够有效增强光学读出红外成像系统的成像质量，对于普通存在噪声的图像也有良好的噪声消除效果。

遥感影像拼接技术作为影像成图的重要手段，一直是遥感领域研究的热点。在保证拼接精度的同时，如何提高拼接效率，成为低空遥感技术应急应用的难点。针对低空航空遥感影像成像姿态变化剧烈、数据量大等特点，提出针对无序影像改进的基于稀疏矩阵的光束平差SURF拼接算法，即对无序影像进行特征选取和匹配，自行判断相邻和相间位置信息，配准平差中引入稀疏矩阵进行加速。方法在保证精度的同时，极大提高了航空相机影像拼接算法的速度，能很好地解决无人机影像高建筑物的拼接错位问题。无人机倾斜数据集拼接和航空相机影像拼接的结果验证了利用本算法进行高空间分辨率影像拼接的精度和效率。

利用前期搭建的声分辨光声系统对小鼠耳朵进行扫描成像，获取的光声图像存在部分血管不连续、分辨率较低且边界不够清晰等问题。为了有效提高声分辨光声图像质量，采用连接断点、插值、小波去噪等方法进行预处理; 针对插值带来的模糊边界、损失细节等问题提出一种模糊集与分数阶微分小波增强相结合的图像增强方法，设计对比实验，结合信息熵、对比度改善指数和平均梯度等评价指标进行评价。实验结果表明增强后的图像血管连接性好、分辨率更高、高频信息表现更丰富，所提增强方法对光声图像的优化处理有应用潜力。