光学零件的亚表面缺陷直接影响其使用性能和抗激光损伤阈值等重要指标,而造成这些危害的根本原因是由损伤层引入的入射光的散射。采用时域有限差分(FDTD)法,结合共焦层析测量系统进行模拟仿真。首先,针对常见的光学材料,分析了入射光经由亚表层中的微裂纹、气泡等常见缺陷调制后的光场分布,并结合不同形态参数和光学参数建立模型;其次,引入球面波激励源,模拟计算了入射波聚焦点沿固定间隔逐渐偏离缺陷时的散射分布。结果表明:共焦层析测量系统能够实现对亚表层损伤的测量,满足纵向响应函数趋势。

为了通过二维图像信息计算三维空间中的几何信息,对摄像机系统进行精确标定。在建立和分析双目立体视觉模型和现有摄像机标定方法的基础上,提出一种新的光学标定方法。该方法通过构建和分析双目摄像机理论模型,并改进现有的方法实现了双目立体视觉的光学标定。实验在双目摄像机平台上,采用黑方格模板和通过算法实现了光学参数的标定,使用Levenberg-Marquardt算法优化单应矩阵,并通过最大似然估计法进行参数优化,通过试验模型测定,结果显示其实际标定精度为0.050 9 mm,满足双目立体视觉的测定需求。

为考察现有光纤持气率计在油气水三相流中的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在油量固定不变含水量不同条件下的持气率响应规律。实验结果表明,当油量为5 m3/d、气量小于10 m3/d时,持气率随含气量的增大而增大,二者线性变化程度较低;而气量在10～35 m3/d之间变化时,持气率随含气量的增大而线性增大。

采用间隔偏最小二乘法(IPLS)和移动窗口偏最小二乘方法(MWPLS),在640～1 100 nm范围内建立血糖短波近红外的优化模型。使用马氏距离对人血清样品中的奇异样品进行筛选,将检测光谱分别等分为2～15份进行IPLS分析,对比建立预测模型。设窗宽为151 nm,成分数范围(1～20),全谱进行MWPLS,对预测模型进行优化。结果显示,依据马氏距离采用最小半球体积法能有效筛选所采集光谱中的奇异光谱,IPLS可以有效地找到葡萄糖分子官能团对应的近红外特征谱段,MWPLS能够找到适合建模的精确起止波长点,通过偏最小二乘法建立血糖浓度的预测模型,相关系数R=0.982 2,预测均方差RMSEP=0.163 5 mmol/L,偏差Bias=-0.087 3 mmol/L。

选取适合角膜地形图仪的调焦函数并设计搜索方法。基于角膜地形图仪的图像拍摄要求及调焦系统原理,采用八种调焦评价函数对实验图像进行处理,对比分析不同调焦函数的单峰性、一致性、灵敏度、计算速度等指标。结果显示:除了Variance函数的单峰性较差,其他七种函数都有良好的单峰性、一致性和计算速度,而Laplacian函数灵敏度最高,有效测量范围小,适合精确调焦;NRSS函数灵敏度低,有效测量范围大,适合粗调焦。基于所选取的调焦评价函数,针对角膜地形图仪调焦系统,设计了一种基于阈值判别条件的搜索方法,确定其调焦阈值,并通过实验验证该方案的有效性。

将先进的机器视觉理论成果应用于航空轮胎的表面质量检测,为复杂的轮胎测量提供实时、有效的测量途径。通过研究实现了一个航空轮胎表面缺陷识别系统,该系统在机器视觉平台下用分时和同步两种方式实现了航空轮胎的各种表面缺陷在线检测。该系统可使检测时间缩短至15～30 s,达到在轮胎生产过程中实时监控的目的。

在图像复原算法中,单纯的空间域或者频域滤波算法简单易实现,但需要较多图像退化的先验知识。基于贝叶斯理论的迭代复原算法复原效果好,但耗时长。针对这一矛盾,利用小波变换的多分辨特性,对不同的小波系数特性采用不同的算法进行恢复,提出了一种基于小波域维纳滤波的图像复原算法。实验结果证明,所提方法在保证图像复原质量的同时相对提高了复原算法的效率,是一种有效的方法。

太阳模拟器是聚光光伏(CPV)领域内对电池片、组件及系统进行在线检测的一种必不可少的光源设备,其要求辐照度大于800 W/m2,准直角度小,辐照度均匀,光谱接近AM1.5。要同时达到这些指标有一定的难度。通过分析实现既辐照均匀又辐照准直的太阳模拟器需要克服的因素,提出了一种太阳模拟器结构方案以满足上述要求。同时,配比不同焦距的准直透镜还可实现辐照面积可调。利用ZEMAX软件对该结构进行了仿真,验证了该方案的实现效果。

为了实现更宽波段范围内的全谱直读并获得较高的分辨率,对中阶梯光栅光谱仪的分光系统进行了研究。简述了中阶梯光栅与中阶梯光栅光谱仪的基本原理,分析了中阶梯光谱仪和普通光谱仪的区别,详细论述了一种利用中阶梯光栅作为主要分光元件,棱镜作为交叉色散原件的中阶梯光栅分光光路的设计方法,并最终在探测面上得到了可探测分析的二维谱图。通过对设计过程的详细论述,可以为今后从事中阶梯光栅光谱仪光学设计的研究者提供参考。

提出了一种基于DCT变换的自适应水印嵌入和检测方法。这种方法可以根据分块图像矩阵的特征,利用DCT变换的特点和自适应算法,在不同的分块区域中嵌入不同强度的水印,在图像的每个分块区域内都能实现水印强度和透明性的自适应调节。在检测水印时,还采用了一种有四级优先级的图像恢复方法,可以更好地恢复水印图像。利用这种方法成功地进行了水印的嵌入与检测,并对水印图像进行了量化攻击、JPEG压缩攻击、高斯噪声攻击和裁剪攻击检验。实验表明,这种方法可以在保证透明性的条件下,具备很好的鲁棒性,有较好的实用价值。

为了测量散斑干涉条纹,从而计算出被测物体的微位移,提出了一种基于AT89S52芯片的解决方案。运用单片机驱动步进电机,精准控制光敏传感器的移动,利用传感器判定暗条纹中心,结合软件进行实时处理,获得再现干涉条纹间距。实验结果表明,该设计方案对散斑位移的测量精度可达0.001 mm。

针对传统V.S.分水岭算法存在的过分割现象,提出一种基于脊线的层级分水岭算法。通过对传统V.S.分水岭算法中浸没过程的适当改进,找到完整无冗余的区域脊线;再次修改浸没过程,仅对脊线进行多级迭代的分水岭再分割,即可完成区域分割。实验结果显示:该算法能处理传统V.S.分水岭算法的过分割现象,且计算速度较快。

分析了LED结温精密测量中测量电流、加热电流、加热时间等三项测量因素的变化对所测结温的影响。实验采用小电流K系数法测试结温。实验结果表明:1W LED被测样品,当测量电流在0～30 mA时结温逐渐升高,当测量电流超过30 mA时结温趋于稳定;LED样品的结温数据与加热电流呈近似线性变化,表明能够通过加热电流对LED结温及相关光学性能实现线性调控。同时研究表明,结温精密测量还受到加热时间的影响,测得LED器件稳定的结温需要一定的加热时间。

在需要利用光的相干性的场合,如倍频、光参量振荡、全息以及光束的相干合成等对激光器输出的线宽有严格的要求,这时就需要对纵模进行选择。介绍一种小型化单横模单纵模激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器,单脉冲能量3.6 mJ,重复频率200 Hz,脉冲宽度16 ns,单横模、单纵模运转。该激光器采用谐振反射器和腔内倾斜标准具对纵模进行选择,试验结果与理论计算比较吻合。该激光器可用作窄脉宽高能激光器的种子源。

Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金薄膜是非常有用的多功能材料,为考察其光学反射特性,采用磁控溅射技术在单晶硅衬底上沉积了Ni56Mn27Ga17合金薄膜,并对其表面形貌和光学反射特性进行研究。研究结果表明,薄膜的表面粗糙度随退火温度的升高而增大;在300～800 nm波长范围内,薄膜反射率均随波长的减小而降低,且薄膜整体谱线范围内的反射率随退火温度的升高而降低。

采用磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了Zn0.98Cr0.02O薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和综合物性测量系统(PPMS)对所制备的样品进行了结构、成分、形貌和磁性能分析,研究了衬底温度对薄膜的结构、形貌和磁性能的影响。XRD 分析表明,Zn0.98Cr0.02O薄膜样品具有纤锌矿结构,呈c轴择优取向生长;XPS显示薄膜样品中的Cr离子是+3价。磁性测量表明,Zn0.98Cr0.02O薄膜具有明显的室温铁磁性,且随着衬底温度的升高,薄膜的铁磁性逐渐减弱。

为了满足数字电影光学系统色温要求及提高光源能量利用效率,降低设计及光学薄膜镀制难度,计算了色温变化小、光源利用效率高的可见光高反射光谱波段。根据椭球滤光反射镜的工作原理及滤光薄膜的光谱特性,结合氙灯光源光谱及人眼的视觉函数,分析了可见光不同光谱波段对系统光效率及色度坐标的影响。获得了可见光波段光效利用率高,色度参数变化小的波段范围,解决了数字电影反光镜滤光薄膜可见光高反射波段初始设计问题。由滤光薄膜设计及镀制结果得到,405～690 nm波长范围可作为数字电影滤光反射镜薄膜高反射区域,相比与氙灯光源光谱,x、y色度偏差不超过0.001,理论反射光光效率达99%以上。

复眼是昆虫重要的光感受器,由成千上万的小眼构成,具有大视野的动目标快速检测能力。仿复眼的多孔径系统在机器人视觉导航、大视角测量和全景成像等领域应用广泛。首先介绍了复眼的生物机理、成像特性及现有的大视场成像系统;其次介绍了微透镜阵列的仿复眼光学设计现状,分析了微透镜阵列的大视角与多景深的全景成像质量,指出目前曲面微透镜一体化制造存在的成像缺陷;最后提出结合曲面与平面微透镜阵列实现大视角、多景深分辨率的仿复眼系统的可行性。该成像系统不仅可以实现全景范围内的清晰成像,而且还具有全景范围内的目标位置估计能力。