种子注入的全固态单频脉冲激光器具有线宽窄、相干长度长、功率高等特点, 是非常适用于多普勒测风雷达、引力波探测、激光光谱学等研究领域的光源, 在**和民用领域应用广泛。从种子注入技术和腔长控制技术两方面综述了国内外种子注入的全固态单频脉冲激光器及相关技术的研究进展, 对其未来的发展进行了展望。

随着光纤传感技术的发展, 近年来分布式光纤传感技术被用于结构裂缝的监测, 其中主要包括准分布式光纤传感技术——光纤布拉格光栅技术, 分布式光纤裂缝传感技术——基于瑞利散射的光时域反射技术、布里渊光时域反射技术、布里渊光时域分析技术、布里渊光相关域分析技术以及最新的具有高空间分辨率的脉冲预抽运布里渊光时域分析技术和差分脉冲对布里渊光时域分析技术。基于这些技术在结构裂缝监测中的应用, 综述各自的优缺点及国内外分布式光纤裂缝传感工程应用的情况。同时对分布式光纤裂缝监测中的力学、畸变光信号及实验研究等问题进行分析, 提出关于这些重点问题的研究见解。

最近二十年, 作为一种新型导航技术, 量子定位系统(QPS)因其特有的信息传输优势得到了飞速发展。简要介绍了卫星导航与惯性导航系统的原理及各自面临的问题, 阐述了量子定位导航系统的概念与基本原理、量子导航的优势、量子导航的分类及国内外发展状况, 并就目前量子导航所面临的问题及其发展前景提出了相应的观点。

沙氏大气激光雷达技术是近几年来发展起来的一种新型大气激光雷达技术。该技术以高功率连续波二极管激光器作为光源, 图像传感器作为探测器, 在满足沙氏成像原理的条件下实现了对大气回波信号的距离分辨探测。介绍了沙氏大气激光雷达技术的基本原理、技术特点、系统结构及大气回波信号处理的一般方法。总结了近年来沙氏大气激光雷达技术在大气气溶胶及大气气体浓度分布探测等方面的研究进展, 并分析了当前面临的主要挑战。最后对下一步研究工作及未来发展进行了展望。

在拉曼光谱分析中, 由于样品及污染物等常会产生强的荧光信号, 严重影响样品拉曼光谱信号的检测, 从而限制了该项技术的应用。文中综述了各种解决荧光干扰问题方法的原理、实现方式、性能特点, 对几种常见的荧光抑制方法(荧光淬灭法、光漂白法、紫外/红外光激发法、移频激发法、小波变换法)在不同领域的应用进行具体分析, 包括激发波长、荧光来源、荧光信号的变化、荧光抑制效果、对拉曼信号的影响等。不仅展现出每种方法的优势, 也说明了其局限性。

频率在0.1~10 THz的太赫兹波具有传输容量大、方向性好、传输效率高等优点。研究其在通信领域的应用, 对满足用户对传输速率越来越高的要求具有重要意义。实验通过太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测得0.1~2.4 THz太赫兹波在不同湿度的空气中传输0.6 m的传输数据, 同时采用Dorney等提出的提取光学常数的经典模型得到延迟时间、功率谱、振幅谱和吸收系数等数据。分析结果表明：大气中的水蒸气对太赫兹波具有明显的吸收衰减作用, 而且湿度越大衰减作用越强, 在吸收峰值处影响更加明显; 同时存在弱衰减作用的透明窗口, 可应用于太赫兹通信。

利用改进的强场近似方法分析了长程势以及短程势在阈上电离能谱中的贡献, 确定了能谱中低能结构的起因。同时, 为了确定在计算电子与分子离子散射截面时用纯分子代替分子离子是否合理, 计算了不同入射电子能量条件下, 电子和原子离子弹性散射的微分散射截面。理论计算和实验结果表明在入射电子能量较大时, 长程势在激光诱导的电子离子大角度背向散射时的影响可以忽略, 证明了在大角度散射时, 用纯分子来代替分子离子是合理的。

设计了一种热电制冷电子耦合元件(CCD)探测器, 并对其特性进行了分析。介绍了该CCD探测器的真空制冷结构、电路、应用软件, 并对各个部分的设计思路、功能、效果进行了详细论述。对该探测器的暗电流噪声和读出噪声进行了测试, 结果表明：在温度为-30 ℃、读出频率为250 kHz的条件下, 该探测器的读出噪声为56 e-, 其暗电流噪声为0.232 e-·(pixel·s)-1; 使用该热电制冷CCD探测器测试空气的自发拉曼散射信号, 在温度为-30 ℃、曝光时间为10 s的条件下, O2、N2和H2O的自发拉曼散射峰的相对高度分别为3303,7768,843 ADU, 其中N2峰的信背比和信噪比分别为14.8和24.9。所设计的CCD探测器具有探测微弱自发拉曼散射信号的能力。

提出一种新型取样布拉格光纤光栅传感器, 用于温度和轴向应变的传感。为了制作该传感器, 利用特种光纤熔接机在单模光纤上制造出单螺旋扭转结构, 然后在单螺旋结构上利用紫外激光侧写和相位掩模板技术刻写布拉格光纤光栅。该取样光栅反射谱具有等间距、窄带宽的特点, 并且可通过调整单螺旋扭转率来自由改变取样周期。通过实验研究了传感器对温度和光纤轴向应变的响应, 结果表明：当单螺旋扭转周期P=504.0 μm(扭转率α=12.47 rad/mm), 布拉格光栅周期Λ=544.6 nm, 器件长度L=5.0 mm时, 温度和轴向应变灵敏度分别为10.12 pm/℃和1.12 pm/με。较同类型取样光栅传感器, 该传感器具有制作简单、灵活性高、稳定性高和成本低的优点, 且在多波长光纤激光器和多通道光谱滤波器等领域展现出应用潜力。

对非保偏光纤放大器进行偏振控制是获得高功率线偏振光纤激光输出的有效途径。介绍了光纤放大器偏振控制的原理, 对基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的偏振控制进行了理论仿真, 分析了算法性能评价函数、扰动电压分布类型、增益步进、扰动幅度等参数对偏振控制效果的影响。利用现场可编程门逻辑阵列（FPGA）执行SPGD算法, 控制输出光的偏振态, 获得了消光比大于11 dB的激光输出。

针对放大自发辐射噪声引起的信号劣化情形, 分析了时钟抽运四波混频光纤再生器的静态和动态功率转移函数(PTF)以及Q因子转移函数(QTF)三者之间的差异, 揭示了消光比参数对动态PTF曲线的影响。重点研究了全光再生器的动态PTF和QTF特性, 发现仿真结果与实验数据相吻合。研究表明, 在给定波长配置和光纤参数下, PTF输出饱和点和QTF最佳工作点所对应的输入光功率相差1 dB, 且与抽运光功率基本无关。该结论意味着通过测量动态PTF曲线可以获得最佳工作点的信息。

为实现太赫兹同轴全息再现图像识别, 通常需要图像分割以提取图像特征。太赫兹同轴数字全息再现图像包含一定程度的噪声, 影响分割质量。本文针对太赫兹同轴全息再现像特点采用了基于裁剪、镜像扩展、滤波和直方图多项式拟合的复合分割方法, 用该方法分别对垫片和齿轮的2.52 THz同轴全息真实再现像进行了处理, 并分步与基本全局阈值法和大津法进行了比较分析, 同时用马修斯相关系数进行了客观评价。实验结果表明, 该复合方法可以得到较好的分割结果。

数字图像相关法测量具有非接触式、全场测量、结构简单等优点而得到广泛研究和应用。传统的应变场计算方法以位移场局部最小二乘拟合过程为核心, 使用全场统一的子区大小进行计算。在非均匀变形测量过程中, 这种计算方式存在较大的算法误差。较大的应变子区会使局部的变形梯度平滑, 而较小的应变子区不能对位移场误差进行有效地抑制。因此, 根据位移场局部梯度强度提出了一种位移场修正和动态选择应变计算子区大小的方法, 并且模拟生成散斑图像进行仿真。结果表明：所提方法有效降低了数字图像相关法在非均匀变形测量过程中的计算误差, 同时系统精度也得到提升。基于位移场局部梯度强度的动态子区选择算法原理简单, 计算准确度高。

针对现有方法修补点云张开孔洞效果不佳的问题, 提出了一种基于改进的曲线收缩流虚拟修补点云张开孔洞的方法。在计算出孔洞边界点的表面法向量和切向量的基础上, 根据特征线补全边界缺失部分, 组成全部边界; 然后得到各边界点切向量垂直平面与边界的交叉点, 并与对应边界点构成交叉向量; 利用内法向量和交叉向量的加权和计算边界点生长方向, 根据原始点云的密度确定生长步长, 从而进行修补; 最后, 利用拉普拉斯平滑算法光顺网格, 使网格均匀化, 得到最终修补效果。实验结果表明, 与基曲面网格添加法、波前法和几何特征修补法对比, 基于改进的曲线收缩流方法在高斯曲率分布相似性方面提高26.8%。

目前, 基于卷积神经网络的超分辨率重建方法具有参数数量大, 时效性偏低, 边缘细节信息丢失的缺陷。针对该问题, 提出基于边缘修正的多尺度卷积神经网络超分辨率重建算法。首先在训练阶段, 利用低频信息的冗余性设置参数共享层, 将同一组滤波器应用到不同放大倍数的训练网络中, 构建多任务学习框架; 然后在重建阶段, 从样本训练库中学习可以高分辨率图像边缘修正系数, 采用邻域像素差值线性运算将边缘系数与重建的高分辨率图像进行融合, 矫正边缘信息的偏差, 弥补丢失细节; 最后根据随机梯度下降法和反向传播法, 利用梯度不断更新权重参数使网络达到最优化。实验结果表明, 该算法的重建效果较为显著, 边缘锐度较高, 消除了模糊和锯齿现象, 并且通过参数共享大幅减少参数量, 满足实时性的要求。

为了克服图像超分辨重建中四阶全变分正则化模型存在的“斑点”现象和稀疏正则化模型中最优解不唯一的缺点, 结合红外遥感图像超分辨率重建的实际需求, 提出了一种基于总广义变分正则化的红外遥感图像超分辨重建模型。根据零阶张量空间和松弛解的相关概念, 分析了模型的优点和可行性。结合该模型的自身分裂性, 采用交替方向乘数法将模型分裂为两个子问题, 分别利用共轭梯度法和快速傅里叶变换方法进行数值求解。从测试结果分析, 无论是模拟图像还是真实图像利用提出模型重建后的图像分辨率均有明显提升; 客观评价中的不同指标值均优于近期文献中的方法, 其中峰值信噪比提高约2 dB, 信噪比、结构相似度和信息熵分别提高1、0.02和0.1个单位。

针对自动引导车(AGV)视觉引导过程中多分支路径识别与跟踪的实时性与稳健性要求, 提出一种主成分分析(PCA)-线性判别分析(LDA)与支持向量机(SVM)相结合的路径识别算法。首先对AGV行驶过程中拍摄的图像进行预处理, 并用PCA与LDA对处理后的图像进行降维和特征提取, 再利用灰狼优化算法优化后的SVM分类器对图像进行识别。在路径跟踪方面, 利用最小二乘拟合方法计算横向偏差与航向偏差。实验表明, PCA-LDA与SVM相结合能够使路径识别率达到99.3%, 并且满足实时性要求, 路径跟踪误差在20 mm以内, 满足一般工业环境需求。

现有基于低动态范围(LDR)图像的识别方法在良好的曝光环境下, 能取得较为理想的结果, 但其容易受照明条件的限制以及天气状况的影响, 稳健性不强。为此, 提出一种基于高动态范围(HDR)技术的识别方法。通过改进的逆色调映射算法, 对相机捕获的不同曝光的LDR图像进行自适应亮度范围拉伸, 分别生成明暗两幅子图像, 再采用多曝光融合算法对子图像进行融合, 生成一幅HDR图像代替原LDR图像进行识别。实验结果表明, 该方法可较好地提高交通标志牌的检测与识别正确率。

KAZE特征检测与描述算法在图像匹配方面具有较好的性能。然而, KAZE算法中Perona-Malik(P-M)模型的解不具有唯一性, 而且图像弱边缘在尺度空间中易被平滑。为此, 提出一种改进的KAZE特征检测描述算法(CKAZE)。首先, 基于KAZE原理与能量泛函构建自适应扩散滤波函数; 然后, 研究解的唯一性及图像滤波过程中的边缘保持能力; 最后, 提出CKAZE算法, 利用Mikolajczyk标准数据库图像进行特征匹配实验, 对其性能进行验证。结果表明, 对高斯模糊、光照、旋转缩放、视觉变换而言, CKAZE算法的特征匹配正确率分别较KAZE算法高4.555%、2.138%、0.656%、1.981%, 特征检测和描述的精度提高。

基于内容的遥感图像检索存在着低层视觉特征与用户对图像理解的高层语义不一致、图像检索精度低以及单一的距离度量方法不能完全真实反映图像之间相似程度等问题。对此提出一种基于改进的模糊C均值聚类和卷积神经网络的遥感图像检索方法。该方法充分利用遥感图像的特性, 通过Retinex算法自适应处理遥感图像噪声, 运用自学习能力良好的卷积神经网络对遥感图像进行多层神经网络的监督学习, 提取遥感图像特征, 并运用改进的模糊C均值进行特征聚类分析。同时, 将快速排序算法与距离位置权重相结合的Top-k排序算法运用到实验当中, 提高遥感图像的检索精度。实验表明, 该方法可以显著提高遥感图像的检索性能。

视频质量评价主要采用传统的手动提取特征, 再利用机器学习预测视频质量分数, 导致结果不理想。VGG-16网络在特征提取方面具有非常好的稳健性, 借鉴其网络模型, 迁移参数构造出用于端到端的视频质量评价网络。LIVE视频数据库的实验结果表明, 该方法预测的评价分数与主观评价分数具有较高的一致性。其评价指标斯皮尔曼等级相关系数和皮尔逊线性相关系数分别达到了0.867和0.843, 性能优于目前基于手动提取特征进行视频质量评价的大部分算法。

针对多散射多传播路径的射频层析成像稀疏系统出现虚假目标影响图像重构的问题, 提出一种基于子空间追踪的自适应稀疏度重构方法。先根据目标信号自身特点动态调节稀疏度的起始值和步长逼近真实稀疏度, 再利用子空间追踪算法将多路径线性模型的衰减系数稀疏化处理, 并在重构过程中依靠稀疏度估计值更新支撑集, 重构目标图像。与其他重构算法相比, 该方法有效减少虚假目标对图像清晰度的影响, 实现稀疏度未知的层析图像清晰重构。仿真实验分析系统的重构匹配度和虚假目标出现概率, 比较射频传感器在有无噪声下算法的重构性能。实验结果表明, 该算法可准确估计稀疏度, 较低运算量的重构高精度图像, 在射频层析成像其他领域得到较好的应用。

数值模拟显示在太阳光前向散射角5°范围内, 视场变化探测的信号对卷云的光学厚度和有效尺度敏感。研发了一种基于图像跟踪的自动快速变视场太阳光度计(VFOVSP), 可快速测量不同视场太阳的直接辐射, 为地基测量卷云提供了一种新的技术手段。该仪器采用图像跟踪技术, 解决了薄云条件下四象限跟踪失效的问题。采用程控可变视场光阑, 该仪器实现了短时间内不同视场的快速测量。将该仪器测量的气溶胶光学厚度(AOT)与太阳光度计(POMO2型)的测量结果进行了对比, 结果显示该仪器测量的AOT方均根误差小于0.5%, 这表明该仪器测量气溶胶的精度高。结合不同的天气条件, 分析了该仪器不同视场比值的变化, 比值的变化与粒子尺度和光学厚度有关, 为反演卷云的光学特性提供了可能。

分析了影像测量仪移动机台定位误差的成因, 比较了无误差补偿和采用线纹尺进行定位误差补偿两种情况下机台的定位精度。为了克服线纹尺补偿时由人工采点造成的瞄准误差和摆正误差, 提出了采用阵列实心圆标准精密样板对进行平面综合定位误差补偿的方法。该方法首先进行样板摆正, 通过图像采集获取实心圆图像, 通过图像处理的方法获取每个圆心坐标, 并实时记录在采集图像中, 该圆心标记用于为调整样板坐标系与移动坐标系平行而转动标准样板时的摆正比对。摆正后, 通过移动机台到每个阵列圆圆心与图像中心重合的位置, 记录对应的坐标点对, 通过多项式拟合的方法获取拟合系数, 并用于机台的定位误差补偿。采用该方法在VMS300影像测量仪机台上进行测试, 经过补偿后仪器的定位精度可以达到2 μm。

基于线激光的空间曲面轮廓非接触测量是目前工业产品在线尺寸精确检测应用的有效方法。为了提高非接触三角测量系统的精度, 需要准确表达被测轮廓的截面特征线。针对凹凸不平的被测工业零件表面, 采用单一光滑处理的拟合算法很难精确表达截面轮廓特征, 因此提出了以曲面轮廓特征点为边界点进行分段的多项式曲线拟合, 然后再进行叠加来产生一条连续轮廓曲线的方法。通过比较采集的被测物体数据点集与拟合产生的对应曲线可知, 所提方法不仅可以有效消除线激光提取过程中产生的锯齿问题, 提高了测量精度, 而且该拟合曲线能够真实地表达被测表面的轮廓特征, 具有重要的实际应用价值。

设计了基于投影光刀的关节面三维轮廓旋转检测系统。采用摄像机针孔模型, 实现了检测系统的快速标定; 通过优化的重心算法, 提取出投影光刀的中心线, 获取了关节面的截面轮廓线; 通过分析投影光刀平面与转轴之间的夹角, 完成了截面轮廓线的倾斜校正, 实现了关节面三维轮廓数据的准确重建。结果表明, 该检测系统具有非接触、高精度等特点, 可有效解决股骨假体关节面的复杂轮廓检测问题。

提出了一种借助于单个特征点的异步视觉自主测高方法。所提方法将内外参分离标定, 计算效率高。在构建的6自由度飞行模拟装置上对该方法进行了验证, 结果表明：当测试高度在2 m以内时, 测量的绝对误差小于0.02 m, 相对误差优于1.5%。该方法对计算负载的要求低, 特别适用于机上快速解算的应用场合, 也可拓展至对地目标定位的测量应用中。

基于脉冲激光测距原理, 推导了飞行目标激光测距回光功率的一般方程。基于目标探测跟踪系统的瞄准误差理论, 结合测距方程建立了系统准测概率的计算模型。利用Matlab软件仿真分析了激光发散角、系统跟踪精度、目标尺度、探测距离及系统接收口径对回光稳定性的影响。设计了一个飞行目标脉冲激光测距系统, 并根据理论分析结果确定了该系统参数, 搭建了实验平台。通过对无人机靶板目标的跟踪测距实验, 验证了系统的探测性能。通过对比不同大小靶板目标的准测概率与理论推算结果, 验证了该模型的有效性。

为实时获取某放大器光机模块现场安装的举升姿态参数, 基于现有设备研究了一种以模块质量和举升高度为参量的放大器光机模块现场安装举升姿态计算方法。该方法利用某放大器光机模块举升机构的结构与载荷信息, 建立了放大器光机模块现场安装举升姿态计算的结构力学模型。针对模型采用矩阵位移法推导了含模块质量和举升高度的放大器光机模块现场安装举升姿态计算公式。通过软件仿真计算与对某放大器光机模块现场安装举升平台的姿态测试, 验证了所研究的放大器光机模块举升姿态计算方法的可行性。

为提高选区激光熔化(SLM)医用Ti6Al4V钛合金的成形质量, 优化了激光分区扫描工艺参数。通过正交实验和单因素实验, 对比分析了分区扫描策略和传统整体扫描策略下成形零件的显微组织结构特征、致密度、尺寸精度和表面质量, 总结了SLM成形医用Ti6Al4V钛合金的典型表面形貌。研究结果表明, 分区扫描策略不仅能获得尺寸精度高和表面质量良好的钛合金成形件, 而且能显著改善悬垂面的成形效果。

采用激光选区熔化技术制备了不同Cr含量的S136模具钢试样, 研究分析了Cr含量对成形试样组织和性能的影响。结果表明, Cr的添加使试样中孔洞、裂纹等缺陷的数量增大, 致密度减小; 随着Cr含量的增大, 试样中马氏体含量先减小后增大; Cr能够细化晶粒, Cr的含量越大, 试样的组织越细小, 但硬度越小; Cr的添加使试样表面生成了致密的钝化膜, 增强了试样的耐腐蚀性能, 但当Cr的含量较大时, 裂纹数量的增加使得试样的耐腐蚀性能减弱。

通过不同的扫描策略激光选区熔化(SLM)成形了钛合金样件, 分析了扫描策略对成形精度的影响。结果表明, 成形件侧表面的粗糙度受扫描策略的影响较大, 单向和Z型扫描策略成形件平行于扫描方向的侧表面粗糙度小于垂直于扫描方向的; 螺旋线扫描策略成形件的整体翘曲偏差范围较小, 外形结构较精准; 三种扫描策略成形件的外形长宽尺寸比设计模型减小了1~2 mm, 而其他特征结构尺寸与设计模型相近。螺旋线扫描策略成形件的整体成形精度优于单向和Z型扫描策略。

采用波长为800 nm的飞秒激光在硬质合金YG6表面加工出微凹坑形貌, 分别测量了微凹坑的形貌参数和表面接触角, 从而获得最佳加工参数, 分析了微凹坑形状、分布密度和单个面积对表面接触角的影响。基于Wenzel模型和Cassie模型的中间状态理论, 分析了微凹坑形状对表面接触角的影响机理。结果表明：当平均功率低于200 mW时, 微凹坑表面形貌较好, 微凹坑深度与扫描次数呈线性关系; 微凹坑表面接触角随着微凹坑分布密度的增大而减小, 随着单个微凹坑面积的增大而增大。不同形状微凹坑的浸润性优劣顺序依次为正三角形、正方形、正六边形、圆形。

采用激光熔覆技术, 在1Cr17Ni2钢表面制备了不同含量SiC的NiAl-SiC复合涂层, 研究分析了熔覆层的物相、微观组织结构、化学成分和摩擦性能。结果表明, 熔覆层主要包含AlFe0.23Ni0.77和AlNi物相; NiAl-SiC复合涂层中存在微裂纹、空隙及脱落等缺陷; SiC质量分数为3%的熔覆层和基体的平均摩擦系数分别为0.731和1.260, 熔覆层的耐磨性优于基体的。

实验研究了在一定抽运条件下, Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4组合晶体双频激光器随温度变化的输出特性。在实验过程中, 设置抽运电流为14.5 A, 以5 ℃为间隔增加组合晶体的热沉温度, 当温度由5 ℃升至40 ℃时, 激光器实现了大于310 GHz的超大频差双频激光信号输出。实验结果发现：输出双频激光信号的功率均与热沉温度呈负相关关系, 拟合出的左、右峰功率随热沉温度的变化率分别为-0.0190 ℃-1和-0.0082 ℃-1; 尤其当热沉温度为32.36 ℃时, 双频激光器达到功率均衡状态。此外, 实验结果还发现输出双频激光信号的波长会随着热沉温度的上升发生线性红移, 其中左峰漂移速度为9.70 pm·℃-1, 右峰漂移速度为6.12 pm·℃-1。

针对未知特征点匹配关系下的单目相机位姿估计问题, 提出了一种基于软指派算法的相机位姿估计算法。结合了正交迭代算法和软指派算法, 以三维(3D)和二维(2D)特征点的物方空间共线性误差作为确定特征点之间匹配关系的指派依据和计算相机位姿的目标函数值, 通过迭代方式确定特征点的匹配关系和相机的位姿。其不仅能处理3D/2D特征点一一对应的情况, 而且能够处理同时存在遮挡的3D特征点和错误的2D特征点的情况。合成图像的实验结果表明：在含有图像噪声、遮挡的3D特征点和错误的2D特征点情况下, 该算法的成功率＞82%, 真实图像实验对算法的性能进行了验证。

针对多目标跟踪算法中经常会面临的各种挑战, 如相机的突然运动、遮挡、误检和外观相似等情况, 提出一种基于核相关滤波(KCF)的分步关联框架。首先, 该算法采用基于卷积神经网络的目标检测器检测目标, 获得准确的检测结果。然后, 为了更好地预测目标的运动状态, 通过加权融合三种特征的跟踪结果, 为每个目标建立一个基于KCF算法的快速跟踪器。此外, 为了有效地降低碎片化轨迹的数量, 该算法通过跟踪片的置信度分步关联轨迹, 并在遮挡的情况下, 利用在线随机蕨重新检测目标。最后利用关联成功的检测信息自适应更新KCF算法中的尺度。实验结果表明, 与现有算法相比, 所提算法能够在各种复杂的条件下, 表现出强大和高效的跟踪性能。

目前常见的多角度融合三维重构算法主要包括迭代最近点(ICP)算法与运动恢复结构(SFM)算法。针对两种算法的不足, 结合双目相机特点, 提出一种将ICP与SFM相结合的双目立体视觉多角度融合三维重构算法。首先, 采用SFM算法通过双目相机在目标周围拍摄n组图像对, 在每组双目图像对中手动选取目标的初始匹配特征点, 计算其三维坐标, 生成n组三维点云; 接着, 通过ICP算法计算并优化n组三维点云之间的旋转矩阵与平移向量完成融合, 通过Delaunay三角剖分与纹理映射恢复出目标的立体几何形状。实验结果表明：本文算法根据双目相机特点, 集合了ICP算法与SFM算法的优点, 并最大限度地克服了两种算法的不足, 重构效果良好。

当前行人检测的一个主要挑战是在复杂的场景中检测出不同尺度的行人, 尤其是远尺度行人。由于不同尺度的行人会表现出不同的视觉外观特征, 鉴于此提出了一种多尺度感知的行人检测算法。在全卷积网络结构中引进可形变卷积层, 扩大特征图的感受野; 通过级联区域建议网络提取多尺度行人建议区域, 引入多尺度判别策略, 定义尺度判别层, 判别行人建议区域的尺度类别; 构建一个多尺度感知网络, 引进软非极大值抑制（Soft-NMS）检测算法, 融合每个网络输出的分类值和回归值, 获取最终的行人检测结果。实验表明, 本文提出的检测算法在基准数据集Caltech和ETH上的检测误差较低, 检测精度优于当前其他检测算法, 适用于检测远尺度行人。

在无人车夜视红外视频彩色化问题中, 考虑到可同时利用单帧图像的信息和视频的帧间信息, 提出了一种双通道循环生成对抗网络（DcCCAN）对夜视红外视频进行彩色化。DcCCAN是在循环一致生成对抗网络（CCAN）的基础上提出的双通道生成网络。双通道生成网络具有良好的图像特征提取能力, 能够自动提取视频中待处理图像的特征, 同时提取先前模型所生成图像的特征, 然后将特征信息整合后生成一幅目标图像。通过在生成对抗性训练中引入循环一致性训练机制, 可无监督地学习得到红外域图像到彩色域图像的映射关系, 从而实现红外视频的彩色化。实验表明该方法能够为视频中的红外图像赋予自然的色彩信息和纹理信息, 且满足实时性要求。

针对自然环境中因摄像机抖动造成无法准确检测运动目标的问题, 提出一种结合分块灰度投影、背景差分与连续帧间差分法的运动目标检测算法。该算法通过将图像帧进行分块处理, 结合离散化决策机制去除灰度梯度变化低及存在局部运动的目标区域, 提高全局运动矢量估计精度。根据块区域灰度投影曲线进行互相关计算, 完成抖动序列校正。通过对校正后的序列帧提出使用背景差分与连续三帧差分法的融合策略处理, 增强运动目标区域。通过将融合差分图像平滑处理并使用Otsu法进行自适应阈值分割, 检测前景运动目标。用公共抖动视频序列实验, 并与不同算法对比验证后可得：该算法可以准确检测出摄像机抖动场景中运动目标, 保证较好检测效果的同时检测速度较快。

基于第一性原理计算了稀土元素La、Y分别掺杂和共掺杂Ca2Si的几何结构、能带结构、电子态密度及光学性质。计算结果表明, La单掺杂和La/Y共掺杂使得Ca2Si晶胞体积增大, 带隙变窄, 而Y掺杂后晶胞体积减小, 带隙变宽。La、Y单掺杂和共掺杂后费米能级进入导带, Ca2Si变为n型半导体, Ca2Si的介电函数、消光系数和吸收边均向低能方向移动, 折射率和反射率均增大。

为了在横电(TE)波下获得可调谐的超宽带吸收频谱以及在横磁(TM)波下获得较高的反射率, 利用等离子体超材料和集总电阻设计了一种电磁吸波体, 并采用全波仿真法对其吸收率、反射率、表面电场图、表面电流图和能量损耗图进行了计算, 讨论了其结构参数及电阻对吸收率和反射率的影响。研究结果表明, 通过激励不同的等离子体谐振区域, 不但能改善吸收特性, 还能获得可调谐的吸收频谱; 设计的电磁吸波体不仅能实现对TE波的超宽带吸收, 还能实现TE波和TM波的极化分离。

基于第一性原理, 对不同P原子掺杂浓度的二维SiC的几何结构、电子结构和光学性质进行了研究。结果表明：随着P掺杂浓度的增加, P掺杂二维SiC的晶格常数变小, 带隙减小; 价带主要由C-2p, Si-3p和P-3p态电子杂化构成, 导带主要由Si-3p态电子构成。P削弱了C—Si键的共价性, 增加了离子性。P掺杂扩大了二维SiC的光吸收范围, 吸收系数和折射率随掺杂浓度的增加而增大, 表明P掺杂能有效提高二维SiC对可见光和红外光的吸收。

目前微环产生光频梳的理论分析方法主要有两种：非线性耦合模理论和非线性Lugiato-Lefever方程 （LLE）模型。这些理论研究一般只考虑了色散和光学非线性效应, 忽略了强抽运光作用下微环谐振腔中热效应的影响。通过对微环热效应的分析, 在非线性LLE的基础上加入热效应作用的相移对方程进行修正, 仿真了固定和调节初失谐量两种情况下耗散腔光孤子/光频梳在微环谐振腔内产生的整个过程, 分析了两种不同方式产生克尔光频梳的机理, 并对比分析了两种方式下克尔光频梳的性能和造成性能差异的原因。

设计了一款可同时提取人体指纹及静脉图像的红外与可见光共焦光学系统。该系统由10片球面透镜组成, 系统焦距为10 mm, 视场角为34°, F数为2.4。为减小仪器体积, 系统的共轭距控制在120 mm以内。利用ZEMAX软件对系统进行了优化, 结果表明, 不同波长的光线严格成像于同一像面; 在系统要求的空间频率164 lp/mm处, 调制传递函数值大于0.4; 所有视场弥散斑的大小均小于成像器件的最小像元尺寸, 畸变小于1%。系统公差分析表明, 该设计符合生产制造要求。

提出了一种薄膜弯曲振动驱动液体变焦透镜的新型结构, 理论分析和实验研究了该新型透镜的机理。结果表明, 在薄膜弯曲振动驱动下, 此透镜的压强为中心大边缘小, 此透镜为凸透镜, 其焦距随输入电压的增大而减小, 焦距的变化范围为10~60 mm。该透镜结构简单、轻薄且变焦范围大于其他液体变焦透镜, 具有较强的实际应用价值。

手机镜头朝着高分辨率、大孔径、超薄化的发展方向。根据手机镜头的设计要求, 研究了设计要求参量与Delano图的相关约束条件和目标函数的转换关系, 结合蒙特卡罗-粒子群优化（PSO）混合算法, 实现了手机镜头初始结构的快速求解生成。使用所提出的方法设计了一款5片式2000万高像素的超薄长焦手机镜头, 结果表明, 在1/4奈奎斯特设计频率125 lp/mm下, 0.8之内所有视场的调制传递函数（MTF）的值均大于60%, 与采用前期PWC法求得的初始结构所设计开发的具有相同规格参数的6片式镜头相比, 边缘视场的模拟良率提升了近10%。将所设计的5片式2000万像素镜头进行加工及TV line实拍测试, 在中心和0.8视场分别得到了2300 LW/PH和1700 LW/PH的解像能力。设计和加工后的实拍验证结果表明, 基于Delano图的手机镜头初始结构的求解方法能够明显提高设计效率, 且可以得到更高的良品率。

全光或门是全光逻辑信号处理中必不可少的一项基础技术, 以往采用周期性极化铌酸锂（PPLN）波导实现的全光或门的输出光波均是混频波。本文基于PPLN波导的和频+差频效应（SFG+DFG）, 在准相位匹配条件下, 通过三个PPLN波导的级联设计实现了单波长输出的全光或门。通过数值计算和仿真得到了信号波形和眼图, 并通过计算消光比、脉冲宽度以及峰值功率的延迟时间分析了单波长全光或门的性能。结果表明, 本方案能很好地实现单波长输出的全光或门, 其输出光波能直接应用于光域, 从而改善光逻辑器件的衔接, 提高处理速度, 并为研发新型全光逻辑器件提供重要基础。

为了提高倒装发光二极管(LED)的光提取效率, 提出在蓝宝石衬底出光面上制备一层SiO2介质光栅, 形成表面光栅倒装LED结构。利用RSOFT软件的CAD模块建立表面光栅倒装LED模型, 随后使用RSOFT软件的LED模块模拟并优化该表面光栅倒装LED。通过模拟优化和理论分析可得, 当p-GaN层厚度hp=220 nm, n-GaN层厚度hn=100 nm, 蓝宝石衬底厚度hs=130 nm, 光栅周期p=260 nm, 光栅厚度hg=20 nm, 光栅占空比f=0.02时, 表面光栅倒装LED的光提取效率可以达到49.12%, 相比于普通最优倒装LED的光提取效率(30.56%)提高了63%。本研究可为后续设计高光提取效率的LED提供参考, 同时亦可为制备器件提供理论指导。

设计了一种基于栅状结构石墨烯超材料的电控器件, 利用有限元分析方法研究了其太赫兹波偏振调制特性。结果表明：在0.1~2.0 THz的宽波段内, 平行于条带的偏振太赫兹波（TE）响应由石墨烯的Drude电导决定, 表现出强的均匀调制; 垂直于条带的偏振太赫兹波（TM）受石墨烯中等离子体效应的影响而基本透明。加栅压提高石墨烯的费米能级可以增强TE的衰减, 并使TM的等离子体峰蓝移; 石墨烯的面积占比越高, 器件的响应越强; 增大条带宽度会引起等离子体峰红移; 增加石墨烯层数可以使器件的偏振度进一步提高。以2 μm为周期, 条带宽为1.5 μm的6层石墨烯器件的可调偏振度在费米能级为0.8 eV时可以达到0.89。该工作为新型太赫兹偏振调制器件的设计提供了思路。

针对环境领域中最常用的米氏散射激光雷达, 通过讨论气溶胶光学特性反演方法的流程, 分析了影响反演结果准确度的各种不确定性因素。分析结果表明, 为获取高稳定性和高可靠性的探测结果, 需要采用合理的信号去噪方法, 设置合理的累加次数、气溶胶消光后向散射比、标定高度和标定值等。此外, 还需要对反演算法进行定期标定, 主要包括几何重叠因子标定、球载消光仪标定、瑞利散射标定、能见度仪标定、太阳光度计标定、湿度标定、颗粒物浓度标定等。通过这一系列配置和标定后, 多台激光雷达数据可以达到高度的一致性和准确性。

传统的固定成像传感器多用于分析地物自身生物化学参数改变而导致的光谱变化, 而用于研究二向反射特性的计算机模拟模型受构建场景时可视因子计算量过大的限制而无法完成多类型地物的模拟, 因此两者较少有联系。针对这些问题, 在采用简化辐射度模型RAPID的基础上, 模拟了长春市御花园地区的反射率, 分析了反射率对环境因素的敏感性。结果表明：传感器视场角对热点有较大影响, 太阳天顶角和天空光比例在可见光与近红外波段各方向均有较大影响。模拟环境因素对成像光谱的影响, 可为固定成像传感器反演地物的生物化学参数提供依据。

针对天文望远镜光学系统中镜面散射对成像质量的影响, 提出了一种基于反射镜表面功率谱密度计算离轴三反成像系统像面环围能量比的方法。基于Harvey-Shack散射模型, 提出了像面光强分布与反射镜表面功率谱密度的关系, 描述了离轴三反系统中的散射在各个反射面的传播过程, 并给出了像面光强分布与反射镜表面有效均方根相对于工作波长的比值的关系。通过多手段测量获取1.5 m口径加工样件在不同空间频率频段内的表面功率谱密度, 利用k-相关模型拟合其全频段一维功率谱密度和二维功率谱密度, 加工样件的面形精度有效均方根(在1/D到1/λ范围内)为13.7 nm。对比了离轴三反系统在不同工作波长下像面环围能量比的分布, 给出在我国某大型空间天文望远镜在考虑散射情况下的加工要求, 镜面的有效均方根为10.3 nm, 其中低频误差均方根小于8 nm。

基于交替三线性分解(ATLD)研究了芳烃类化合物的荧光光谱。通过完整集成经验模态分解(CEEMDAN)及小波软阈值算法对荧光光谱进行了去噪处理, 处理后信噪比为28.51, 均方根误差为3.52×103。ATLD算法能成功分辨出1-萘酚、2-萘酚和萘, 三种物质的回收率分别为96%~103.3%, 97.24%~103.9%和97.2%~103.6%。结果表明, ATLD算法对芳烃类化合物具有良好的预测性能。

为了对脐橙产地进行快速鉴别, 提出了激光诱导击穿光谱(LIBS)全光学诊断方法。选取江西赣州4区县及湖北、四川等6省市共10产地的纽荷尔脐橙, 清洗表皮后直接采集等离子体羽时间演变形貌图及LIBS光谱, 定性分析脐橙产地鉴别的可行性; 采用15点平滑结合多元散射处理(15SM+MSC)预处理脐橙的LIBS光谱, 分别运用主成分分析(PCA)、主成分分析结合多层感知器神经网络(PCA-MLP)鉴别脐橙产地。实验结果显示：采用一定的数据预处理方法结合PCA-MLP对全国7省市大地域范围脐橙产地鉴别的训练集总准确率为97.8%, 预测集总准确率为95.3%; 对赣州4区县小地域范围脐橙产地鉴别的训练集总准确率为100%, 预测集总准确率为96.2%。这说明, 采用合适的数据预处理及分类模型对脐橙产地进行快速鉴别具有一定的可行性。

为求解高光谱图像中各物质的分布及含量, 将高光谱分类引入端元提取, 提出了一种新的端元提取方法。首先利用虚拟维度评估端元数目; 然后引入高光谱分类的思想, 通过K-means聚类算法对高光谱图像进行非监督分类, 对各类物质进行大致分类; 在每类物质中提取出光谱值最大的像元, 用这些像元构成端元候选集; 最后, 依据单形体理论, 将高光谱图像的像元点在高维空间中构成单形体, 体积最大的单形体的顶点即为端元。模拟和真实高光谱数据证明, 此端元提取方法相对于传统方法具有高效、准确的优点。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种基于原子发射光谱和等离子体发射光谱的物质成分分析技术。利用LIBS技术对水中的Pb污染进行检测, 选择Pb元素的最强峰405.8 nm作为分析线, 以Si(390.6 nm)为内标元素, 经线性拟合得到Pb的检出限为7.40×10-6。建立了基于生物地理学优化(BBO)算法的定量分析模型, 利用该模型分别测定了不同Pb元素浓度的35份样品的LIBS谱线, 其中的30组数据被用来训练BBO定量分析模型, 剩余的5组数据被作为测试集来评估模型的分析能力。结果表明：在利用BBO算法模型对水体中Pb浓度进行预测时, 模型的相对标准偏差(RSD)及平均绝对百分比误差(MAPE)指标都相当优异。

在不同的基底温度和离子源能量下, 采用电子束蒸发方法在GaAs基底上分别制备了SiO2、TiO2和Al2O3光学薄膜。测量了所制备薄膜的表面应力, 并对不同离子源能量下薄膜的折射率进行了测试。结果表明, 三种光学薄膜的表面应力呈不均匀分布, 通过调节基底温度和离子源能量能有效减小薄膜应力, SiO2、TiO2和Al2O3薄膜的平均应力最小值分别为2.9, 8.4, 25.1 MPa。

物体的反射光谱数据能够反映其表面情况和光谱吸收特性, 利用该数据可辨别人眼难以直观发现和识别的伪装目标, 并定量表示不同的目标船只与海洋背景的差异。从色度学角度出发, 提出了基于颜色和光谱特性的两个特征评价参数, 即色差和光谱匹配系数, 以这两个评价参数作为评价伪装系统效能的参考指标, 对目标船只和我国东海南部海域的海洋背景进行相应的颜色特征提取, 并分析比较目标船只与海洋背景的反射光谱分布, 对目标进行伪装效果评估。结果表明, 通过景物的反射光谱数据, 以色差和光谱匹配系数为评价指标, 为海面船只隐身效果评估提供了新的技术途径。同时, 初步提出了目标识别概率公式, 给出了相应的实验结果, 为更加准确的隐身效果定量评价提供了参考。

针对测角误差与定位误差对精度的影响持平的高精度场合, 提出了能够同时考虑测角误差与定位误差的相机姿态估计算法。在传统最小二乘平差相机姿态估计算法的迭代过程中, 将定位误差的协方差投影到单位球面上并与测角误差的协方差融合; 用块松弛迭代法解决投影过程依赖于待估计参数的问题; 用融合后的协方差作为权重构建加权最小二乘平差方程; 从平差方程中解出融合定位与测角误差的相机姿态在当前迭代状态下的估计值。该方法统一了位置测量误差模型与角度测量误差模型, 实验结果表明其可有效应用于导弹发射车定向系统。