针对多基色显示系统的颜色转换问题,提出一种基于亮度因数分级BP神经网络的色度转换方法,并建立CIE标准(X,Y,Z)空间到多基色(K1,K2,…,Kn)空间的转换模型; 将整个(X,Y,Z)颜色空间按训练样本的亮度因数Y分解成多个二维子空间,并形成亮度因数分级子空间BP网序列,从而减少了从低维度空间向高维度空间进行颜色转换时出现的同色异谱问题。以五基色LED显示系统为例,对亮度因数分级BP网的有效性开展验证实验。首先根据五基色LED显示系统的实际色度参数,建立了五基色显示系统(K1,K2,K3,K4,K5)空间到CIE标准(X,Y,Z)空间的线性转换模型; 在此基础上采用最小色差匹配法,生成了典型亮度因数分级训练样本集和测试样本集,并完成了BP神经网络的训练和测试。结果表明,训练样本集的CIE1976L*a*b*平均色差达到6.37以下,并且还有进一步的改进空间,为多基色显示系统的颜色转换工作提供了一种有效的技术途径。

在超快时间尺度上以二维空间分辨率揭示激光脉冲在光刻胶之间的运动过程,将有助于了解激光加工过程和优化加工工艺。然而现有记录激光脉冲在光刻胶中运动过程的成像技术都存在需要多次重复拍摄或时间分辨率受限等问题。为了克服这些问题,通过使用压缩超快摄影来观测光刻胶中激光脉冲的运动。实验结果表明,搭建的实验系统能以1.54×1011fps的帧率,单次成像数百帧的图像序列深度,实时观测到这一不可重复的超快事件。

提出一种基于银纳米颗粒等离激元共振和耦合效应的彩色透明显示屏。对银颗粒优化设计,说明在红、绿、蓝三波段能够出现三个散射峰,可用于增强彩色显示性能;接下来,通过溶液热法制备出该屏幕;经投影仪对屏投影测试发现确实具有彩色、高透、高亮和宽视角。另外,研究发现在等离激元共振及耦合作用下,银颗粒在红、绿、蓝三个共振位置均具有偶极子的远场散射形貌,充分解释了显示屏高亮和宽视角的原因。提出的透明显示屏具有透明度和亮度高、观察视角宽、制备工艺简单、成本低等特点,在透明显示领域将有大的应用潜力。

自由曲面具有良好的像差矫正能力，但没有足够的初始结构供设计者参考，因此研究自由曲面初始结构的设计方法是有意义的. 通常初始结构设计方法为大量点和光线的追迹或数值求解微分方程组，运算量大且复杂。文章从光学系统对光波变换的角度出发，推导自由曲面解析表达式，并设计一款工作波段较宽，相对口径较大的离轴红外光学系统，工作波段3~12μm，焦距300mm，F/2.5，视场角2.04°×2.56°，像质接近衍射极限且100%冷光阑效率，全视场波像差RMS值平均为0.059λ@3.67μm.

全息光存储是一种利用全息方式去进行信息的记录和再现的存储方式。在同轴全息光存储中,需要光学头物镜对532nm和650nm两个工作波长聚焦于全息材料不同的焦面上,且都能达到良好的聚焦效果。由于记录和读取都在全息记录材料上,全息材料由保护层和记录层组成,由于折射率不均匀导致的像差会对物镜的聚焦效果产生影响。目前的商业物镜无法满足全息光存储中光学头的物镜需求。为了满足这类需求,达到良好的性能效果,论文利用Zemax OpticStudio 光学设计软件设计了一款针对全息光存储的双波长非球面光学头物镜,整体由一片非球面镜和一片球面镜组成。工作波长为532nm和650nm两个波长,焦距大于4mm小于6.2mm,像方数值孔径大于0.5,MTF值在空间频率为900lp/mm内均大于0.4,在全息材料上聚焦获得的波面相差均方根低于0.07波长。在上述技术指标下,该物镜具有较好的分辨能力和成像质量,论文方案为全息光存储光学头物镜的设计提供了新的思路。

设计了一款可用于白光瞄准镜多参数检测的离轴反射式平行光管。针对在使用工况中，低频振动环境对主镜面形误差影响过大的问题，提出一种主镜背部柔性支撑方案，并对主镜柔性支撑的重要结构参数进行了优化。同时对RTV胶的特性进行分析，计算出环形RTV胶的有效属性和等效模量倍率。仿真结果表明，主镜组件在1-g重力作用下，面形误差RMS值和PV值分别为0.79nm、3.66nm，能满足系统指标对于平行光管面形的要求。平行光管整体的一阶模态频率为496.38Hz，具有良好的抗低频振动的能力，在热力耦合作用下，主镜面形误差均满足RMS值≤λ/30，PV值≤λ/10的设计要求，1000N力作用下的最大应力小于材料的屈服极限。主镜采用柔性支撑的离轴反射式平行光管的动态性能与面形精度能满足设计要求。

在对传送带上物体进行三维扫描成像过程中，位移标定方法的便捷性、准确性对于最终的成像精度和效率有非常重要的影响，但传统的位移标定方法需要已知位移平台或者传送带的运动速度或严格控制两次标定图片中标定板之间的精确位移，使得标定过程较为复杂。论文提出了一种专门用于传送带上物体测量的线结构光三维扫描成像系统的位移标定方法。只需要采集一系列标定板随传送带移动的位移标定图片，从中提取两张帧数间隔大于1的图片并记录对应的帧数，即可对单帧位移进行标定。介绍了该标定方法的基本原理和实现方法，搭建了线扫描单目成像系统，并对双阶梯型精度块进行了三维重建。实验结果表明，方法原理简单，操作便捷，测量速度更快且重建误差小于0.3mm，适用于以传送带作为主要运输工具的各个领域的实时三维测量。

针对相位标靶标定相机需采集多幅条纹图获取相位的问题，提出了一种基于彩色交叉条纹的相机标定方法。本方法在每个标定位置仅需一幅条纹图就可以完成特征标识点的提取; 通过液晶显示屏显示一幅红蓝交叉条纹图像，由相机拍摄，采用傅里叶变换和多频外差法分别得到水平和垂直方向的绝对相位; 根据相位标靶的空间位置与图像中绝对相位的精确对应关系，标定相机内参,采用非线性最小二乘法优化。基于重投影误差的实验结果表明，本方法可以快速精确的实现相机标定。

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及**工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高，传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小，导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元，并对Sagnac环的感压部分进行封装，通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0~2.4MPa内，压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa，分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器，其压力灵敏度放大了16.7倍。此外，传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点，为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。

心率是人身体健康的一个重要指标，从人脸视频中检测心率是一种正在快速发展的非接触式检测方法，但该方法的结果准确性易受光照变化及受试者头部运动等噪声影响。为了消除噪声影响，提高心率检测准确性，文章创新性地提出了一种新的思路: 将光照变化和头部运动噪声作为目标进行趋势拟合并从相机原始信号中消除，以实现高信噪比的人体心率信号提取。为验证方法的可行性，以医用指夹式脉搏血氧仪的数值为参考心率，通过对比结果在参考心率处的平均信噪比和心率检测准确率，提出的方法相比POS方法提高了9.60%，37.19%; 相比于ICA算法提高了48.48%，51.75%。实验结果表明，提出的新方法具有较好的去噪能力和较高的精准度。

为实现螺纹螺距的高效测量与合理评定，在分析现有机器视觉螺纹螺距测量方法的基础上，提出了一种基于面积法求解螺纹螺距的测量与评定方法。首先对螺纹图像进行旋转矫正，然后以螺纹轴截面上牙廓区域投影面积等几何关系，获取螺纹中径点，再使用最小二乘法拟合中径线，最后结合包容原则获得被测螺纹螺距。以螺纹塞规为对象进行对比实验，数据表明: 面积法与接触式综合测量仪、工具显微镜所测螺距平均值相当，标准差0.9μm略大于综合测量仪所测螺距的标准差0.6μm,但远小于工具显微镜所测螺距的标准差9.6μm; 测量效率上面积法是综合测量仪的1.9倍，是工具显微镜的2.5倍。

面对热电厂中存在的高温蒸汽管路输送距离长、泄漏点难以寻找的问题，搭建分布式光纤测温系统，对蒸汽管路的温度场进行监控。系统根据拉曼散射原理解调出了管道沿线铺设光缆中反射光信号内含有的温度信息，并根据光时域反射技术将温度与对应的管道进行位置匹配。同时系统通过卡尔曼滤波算法对解调出的温度信号进行了滤波，结果证明卡尔曼滤波能够将系统测量的温度波动降低至1℃。

无线光通信系统中，接收端由光电探测器实现光电转换，而探测器中存在的噪声会直接影响光电转换效率。文章以无线光通信为背景，根据光电探测器噪声的产生机理，对探测器的散粒噪声、产生-复合噪声、1/f噪声和热噪声分进行描述，并且给出相对应的数学模型。结合具体的雪崩光电探测器、正本征负探测器、光电倍增管、四象限探测器、量子点红外探测器、平衡探测器及双平衡探测器分别分析各自的噪声模型。最后指明了该领域的进一步研究工作方向。

多天线干涉阵利用多个远端天线同时接收信号以提升探测灵敏度和角分辨率,其多路信号干涉合成的特性要求不同路之间高精度的时间同步。本文提出一种复用型分布式多路时间同步方法,利用单个数字延迟脉冲发生器对时间信号进行再生和分配,并设计了相应测量及控制算法,在精确测量多路光纤传输延时的同时,向多个远端天线分配稳定的时间信号。实验结果表明,系统在25km传输链路下具有ps级传输延时测量精度和优于20ps的时间信号分配精度。方案可同时支持本地回传信号数字化和远端数字化两种信号接收汇聚方案,在保证时间同步精度的同时有效降低了分布式同步系统的成本。

针对单幅偏振图像在一定场景下无法提供充足信息的问题，结合强度图像和线偏振度图像的优势特征，提出一种基于密集梯度生成对抗网络的偏振图像融合算法。利用密集连接卷积网络和梯度算子构建密集梯度卷积模块，并将该模块应用在生成器中，用以增强融合图像的纹理细节; 构造多尺度结构相似度和L1范数相结合的损失函数，用以提高网络的整体性能。在ZJU-RGB-P数据集进行定性比较和定量分析，实验结果表明，所提算法具有更好的主观视觉感受，同时各项评价指标均得到明显提升。

针对现有单图像超分辨率方法在重建过程中容易忽略原图像中不同结构-纹理的差异与联系，导致生成的高分辨率图像缺乏纹理细节并存在伪影的问题，提出了纹理细节恢复的图像超分辨率重建算法。该方法由梯度分支、纹理分支和图像超分辨率分支组成。其中，在梯度分支和纹理分支之间使用了类注意力模块处理二者的特征混淆问题，并通过双向特征融合模块实现了对结构特征与纹理特征的相互促进，作为先验信息以达到纹理细节信息增强的目的。此外，在图像超分辨率分支还通过构建特征恢复模块，利用浅层和深层信息帮助网络保留了图像中更丰富的上下文信息和纹理细节。该方法通过在DIV2K数据集上进行了网络训练，并在5个基准测试集Set5、Set14、BSD100、Urban100和MANGA109上进行了实验，峰值信噪比（PSNR, Peak Signal to Noise Ratio）分别:37.88dB、33.28dB、32.0781dB、31.89dB、38.39dB，相比现有方法均有显著提升。实验结果表明，本文方法获得了有效的重建图像并且保留更多的图像细节，生成具有边缘清晰和逼真细节的超分辨率图像。

针对近红外图像彩色化过程中因近红外与可见光图像间模态差异较大,导致着色后图像在纹理细节处存在颜色晕染、区域误着色的问题,提出了颜色预测和语义感知相结合的生成对抗网络。设计颜色预测和语义感知双分支生成器,颜色预测分支采用带有跳转连接的残差网络,语义感知分支采用带有语义融合的空洞卷积金字塔结构;不同的扩张率,能够获得多个感受野提取多尺度语义特征,将感知到的语义嵌入到颜色预测分支,提高模型的语义理解能力,改善颜色晕染、区域误着色问题;设计循环一致语义损失函数,约束生成器中语义信息的一致性;算法在RGB-NIR场景数据集上进行性能实验比对以及消融实验。实验表明,所提算法相比于现有彩色化算法,PSNR、SSIM和LPIPS评价指标优于现有算法,着色效果更符合视觉感受。

视盘和视杯的精确分割是青光眼计算机辅助诊断的关键,考虑视盘的解剖学特征,提出基于超像素和级联SVM分类实现视盘的精确分割。首先对眼底图像超像素分割,基于视盘的解剖学结构特征,提取超像素的灰度、纹理、几何、位置分布等特征;然后采用基于SVM的监督聚类方法分类超像素区域,两级级联SVM分类器在分类过程中修正超像素位置信息,提升分割精度;最后基于Snake模型修复局部轮廓。在DRIONS和REFUGE数据库视盘分割精度分别为99.87%和99.52%,精度、灵敏度、特异性、AOL和DICE系数均高于该领域典型算法,实验证明所提方法能够精确分割视盘区域,且具有较强的鲁棒性;在青光眼诊断中具有一定的应用价值。