提出一种新的复杂场景下的目标图像提取方法。给出一种改进的Snake模型，并将其应用到初始模板的建立中；引入分形布朗随机场模型，利用小波分形维数和分形拟合误差确定可能的目标区域；定义了一种新的最小失配距离(MMD)相似性度量，并基于目标的特征区域进行快速相关匹配。该算法通过精确建立初始模板和采用由粗到精的目标搜索策略，既保证了目标提取的精度，又大大减少了计算量。

提出用解析反射光偏振图像来重建透明物体表面形状的原理及实现方法。从物体表面反射的光具有一定的偏振特性，偏振特性的不同反映了物体的形状和反射特性的不同，这两者之间存在一种必然的联系。通过分析物体表面反射光的偏振分布，可以得到物体的表面形状。依据菲涅耳反射公式，推导出偏振度与物体表面法线间的函数关系，据此构建相应算法，对由CCD照相机拍得的被测物体的偏振灰度图像进行处理，重建出被测物体的表面形状。实验结果证明提出的方法是实用且有效的。

由于瞬间负载大电流产生电热冲击，使得地铁使用的制动电阻器内部电阻片在热力耦合作用下过度变形。为消除接触式传感器本身对温度场和位移场的干扰，对温度和变形均采用了非接触式测量。在温度的测量中，采用了红外线遥感测温仪；在变形的测量中，应用了以数字光栅投影和Gray－code编码法为基础的结构光三维成像技术，对13个不同温度点进行了电阻片的热变形测量。通过系统标定和误差控制，使得变形测量系统的误差在0．1 mm以内。非接触式测量是热应力实验研究的发展方向，而光学成像技术在热变形检测中的应用，为热应力的实验研究开辟了新的途径。

与传统光谱仪相比，小型光谱仪在性能上存在着较大的差距，光度准确度较差、信噪比低等问题限制了其在弱光检测中的应用。分析小型光谱仪的噪声来源及其抑制方法，结合CCD设计了其致冷结构，并采用半导体致冷技术对自行设计的小型光谱仪进行了降噪处理。测量了不同温度下CCD的暗电流，发现致冷对CCD噪声起到很好的抑制作用；在此基础上，参照分光光度计的国家机械行业标准和计量检定规程，测量了致冷条件下小型光谱仪的光度噪声和基线平直度。结果表明：致冷能有效地提高仪器的性能，实验用小型光谱仪的光度噪声为±0．002 Abs，基线平直度为±0．004 Abs。

差分光学吸收光谱法(DOAS)应用于固定污染源烟气排放监测时，烟气中污染气体SO₂浓度较高将产生非线性吸收问题。提出了一种非线性补偿方法，即将实际浓度所对应的气体分压与反演结果所对应的气体分压之比与反演结果之间的对应关系拟合成补偿函数，利用此补偿函数对反演结果进行非线性补偿。实验结果表明：该补偿方法能较好地减低高浓度气体非线性吸收产生的影响，可提高气体浓度反演精度。

飞行的钝锥体外流场在密度分布上具有强烈非均匀性，这将导致其传输的细光束在远场靶面上产生偏移，从而影响其光学探测系统的作用精度。探讨并给出了任意折射率分布介质中的光线追迹方法。利用该方法对钝锥体外流场中的细光束路径进行了计算。计算结果表明：在所选位置上，锥体外流场对光线的出射角有明显的影响，但不是特别剧烈；当钝锥体表面加冷却源后，流场密度梯度变化加大，光束出射角的脱靶量明显加大。校正外流场为分析钝锥体上光学系统引入的目标脱靶量提供参考依据。

提出一种基于OpenCV图像库的运动目标处理算法仿真方法，介绍了OpenCV库的特点和VC6环境下的配置，通过调用库中的视频读写函数、图像特征计算和光流计算函数，得到运动目标的光流场，为运动目标状态分析和跟踪提供了基础，仅在图像库的基础上编写了少量代码就使算法得以实现，提高了编程效率。

介绍了一种轴对称非球面透镜的光轴共轴度的测量方法。激光管发出的光束经束腰变换透镜入射到被测透镜的非球面表面，由CCD摄像头接收非球面的反射激光光斑，CCD的光敏面位于反射激光光束的束腰位置；调整被测透镜位置，直到激光束腰中心位置不随被测非球面透镜的旋转而变化，这说明被测透镜的非球面对称轴与机械旋转轴重合；再利用球面偏心测量原理检测被测透镜球面一面的偏心量，即可以求得被测非球面透镜的光轴共轴度。该测量方法的误差小于20″。该方法适用于判定非球面透镜和非球面反射镜是否合格，以及调整非球面透镜的制造工艺。

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路，将物体偏转一微小角度(等效为物面与参考面间形成空气楔)产生等厚干涉，可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图，利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息，从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理，并进行了实物测量，给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌，所以具有灵敏度高的优点。

提出基于光斑重心的交锁髓内钉远端定位方法，即用光纤传像束传输照明光、接收并传送交锁髓内钉远端像的光斑到CCD靶面，由计算机接收并计算出光斑重心的方法来测量和定位交锁髓内钉远端锁孔。介绍了交锁髓内钉远端定位检测系统的组成，阐述了基于重心的光斑中心定位算法。该方法用VC++对光斑中心位置进行了精确测量，为了避免二值变换引起的毛刺，先用改进的阈值变换，然后用一种直观的画圆方法把光斑框起来求重心，通过计算交锁髓内钉变形前后其远端锁孔像的重心位置，求出交锁髓内钉远端锁孔的实际位置。实验结果表明：该系统定位精度可以达到0．1 mm，满足系统指标要求，且具有较高的稳定性。

由于X射线在介质中被强烈地吸收，加之介质的折射率在X射线波段略小于1，这些因素给X射线成像增加了很多难度，常规的成像方法难以适应X射线波段，目前多采用掠入射反射成像和编码孔径成像方法。详细分析掠入射情况下单镜及双反射镜的成像特性，对组成KBA显微镜的反射镜在掠入射条件下的焦距、视场倾斜、光阑位置等进行研究。研究结果表明：对于双反射镜结构，掠入射角为双反射镜夹角1／2时视场倾斜最少，光阑放在第2个镜子上成像质量优于放在第1个镜子上。最后分析KBA显微镜结构安排的合理性，从而为KBA显微镜设计和加工提供理论依据。

鉴于气动效应图像退化因素的复杂性和随机性，单一复原算法难以满足要求，提出构造复合算法来提高湍流退化图像复原质量的思路，综合各种基于不同理论模型和应用对象的实用算法，实现优势互补。给出了现有算法结合的主要途径，主要探讨了基于统计理论的MAP复原算法与基于正则化理论的总变分算法复合后各算法结构的自适应调整和改造以及各种参数的自适应性选择问题。充分利用各算法的优势，完成基于算法结构相对稳定的智能化组合。在微机上进行了一系列的复原对比实验。实验结果表明：复合算法提高了图像的总体复原质量。

对皮秒高压脉冲驱动下微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性进行了数值模拟，在电压脉冲波形分别为高斯形、三角形和梯形时，得到了电子渡越时间与电压脉冲宽度、幅度的关系曲线。在考虑入射电子为一高斯电子脉冲的情况下，获得了增益曲线的半峰全宽和峰值随脉冲电压幅度、宽度的变化规律。分析结果表明：当微通道板两端所加电压为梯形波时，微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性较加三角波和高斯波要好。

鉴于传统的检测方法无法看到封装后芯片内部的线路虚焊和桥接等问题，而且随着封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现，对于检测装置的分辨率要求越来越高，而高分辨率的X射线检测装置是解决这一问题的关键。提出一种新型高分辨率X射线像增强器，它是线路板检测和芯片封装检测装置中的核心器件之一，其极限分辨率制约着X射线检测装置的发展。通过对其制作工艺的改进和采用新型窗口材料进行真空封接，使其分辨率达到了20 lp／mm。

提出了一种椭圆圆心定位算法。先对图像中的椭圆目标进行粗定位，获取椭圆的粗定位信息，再用Canny算子对图像中的感兴趣区域进行边缘检测。根据椭圆的粗定位信息以及图像的边缘灰度分布特征，用高斯曲线拟合的方法求得精确的亚像素边缘点的坐标。针对亚像素边缘点中出现的“孤立点”以及噪声点，分别用曲率滤波和均值滤波的方法加以滤波，将滤波后的亚像素边缘点用最小二乘法加以拟合，求得精确的椭圆圆心数据。实验证明了该算法的定位精度和抑制噪声能力，通过测试算法运行时间，证明该算法具有很好的实时性。

介绍了一种基于返波管(BWO)的太赫兹波成像系统。BWO连续太赫兹波成像是一种新的无损检测方法。实验过程中把样品放在X－Z二维电控平移台上进行扫描成像，透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器接收，然后经过电脑成像。给出了应用0．71 THz的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡、校园卡的内部结构和对隐藏在信封内硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像实验研究事例，并且测知该系统能够分辨出直径最小为1．5 mm的小孔。这项工作揭示了使用BWO连续太赫兹波成像系统在无损检测和安全检查领域是有效的。

采用基于CCD相机和朗伯靶的间接测量方法，对旋转抛物面聚光器焦平面和多个离焦面的能流密度分布进行了测量。研究了系统的标定方法，并对每个面内的光斑特性进行分析。结果表明：通过对各个接收面光斑特性的比较，可以判断聚光器真实焦点的位置；随着接收面离焦量的增大，光斑直径变大，能流密度峰值减小，形状越来越不规则。这项研究为聚光系统的热利用和接收器的设计提供了依据。

讨论了法布里－珀罗干涉成像仪(FPI)对夜气辉的系统响应，更为明确地描述了建立该干涉系统数学模型的方法和结果。在此基础上阐述了利用FPI对热层大气温度进行测量的原理，并且通过分析稳频He－Ne激光器的干涉图对系统的传输函数进行了求解，对不同波长下系统传输函数的转换进行了讨论。干涉图的分析结果表明：该解析模型以及波长转换方法能够很好地表示干涉成像系统。另外对系统传输函数在实际气辉测量中的应用、系统的温度漂移以及误差估计也进行了简要讨论。

鉴于LED标准管具有量值传递方便进而统一量值的优点，指出作为标准管不仅要保证赋值的准确性和其量值保持长期稳定性，选择LED标准管要求其配光曲线要好，即接近朗伯发光体。介绍了配光曲线的概念及为得到配光曲线而使用的分布光度计；列举了可供选择的3种类型的电光源和选择LED标准管时接触到的10种典型配光曲线以及3种错误的配光曲线，在此基础上明确了选择LED发光质量好的白光管作为标准管的理由。

提出了一种应用摄像测量技术检测公路平整度的方法，并给出路面高程求解计算公式。该方法利用双标志点互差消去基准平台震动取代现有仪器中采用加速度传感器测量平台震动的方式。仿真及模拟实验结果表明，双标志点互差法能有效消除平台震动，精确测量出纵断面的相对标高。该方法对绝对高程的求解存在较大累积误差，但对国际平整度指数影响较小。此方法不仅克服了加速度传感器测量震动时的局限性和不足，还减少了传感器的使用，降低了成本，是一种适应国情适合普及使用的路面平整度测量的有效方法。

针对目前半实物仿真采用一弹一仿的问题，提出采用变焦距投影系统的五轴转台仿真方案，使得不同视场、不同焦距、不同型号的导引头可以采用同一套仿真系统进行仿真测试，提高了仿真系统的效费比。分析了红外半实物仿真用变焦光学系统的特点，设计了(8～12)μm波段衍射受限红外变焦光学系统，系统入瞳直径80 mm，变倍比为3．0，弥散斑直径小于50μm。

介绍采用瞄准指示器提高诊断包瞄准精度的方法。基于高斯光束薄透镜变换原理分析由单模光纤耦合输出的激光经过瞄准指示器的光学系统后的传输特性，提出近轴放大率是影响瞄准指示器像方光斑大小的主要因素。设计一个以光纤耦合输出激光为光源，工作波长为635 nm，总长小于100 mm，瞄准距离(600～1500)mm，在靶心处相应光斑大小为(46．2～71．9)μm的神光－Ⅲ诊断包瞄准指示器光学系统。该激光光学系统采用3片普通光学玻璃，其中固定组由正负分离的2片玻璃组成，变焦组为单片负透镜。最后利用点扩散函数和波像差进行质量评价，结果表明该光学系统设计指标达到技术要求。

设计一种300万像素的手机镜头。该镜头由3片塑料非球面透镜和1个红外滤光片组成，采用三星公司的一款300万像素0．635 cm(1／4 inch)CMOS作为该镜头的图像传感器，像素颗粒大小为1．75μm，其分辨率极限为285 lp／mm，即为奈奎斯特频率。镜头的光圈值F为2．85，视场2ω为62°。该镜头有较好的成像质量，在奈奎斯特频率1／2处绝大部分视场的MTF值大于0．5，波前均方差(RMS wavefront error)小于0．14λ(λ为波长)，最大畸变为－0．2%。

为适应市场上对结构简洁、成像品质高且生产成本低的数码相机镜头的需要，运用光学设计软件CODE V，在传统数码相机定焦镜头的基础上，结合非球面塑料透镜理论，模拟出了生产成本较低的三片式数码相机定焦镜头。该数码相机镜头结构的特点是：模块仅包括3块透镜；选择塑料镜头代替玻璃／塑料混合镜头或者全玻璃镜头，降低了系统的生产成本；系统的后焦距增大到0．8116 mm，能够确保良好的远心光路性能；透镜表面完全采用非球面设计，较好地校正了球差等各种像差，使透镜具有良好的光学成像性能。

由于LED(发光二极管)具有寿命长、色域宽、功耗低和环保(传统的光源CCFL含有汞气)等特性，在背光模组中采用LED代替CCFL(冷阴极荧光灯)是一种趋势。采用单光源顶角入射结构设计一个5．08 cm(2 inch)液晶背光模组。针对LED作为点光源带来的亮度不均匀的问题，采用旋转LED的入射角度和区域分割设计的方法，有效地解决了LED液晶背光模组中存在亮斑和暗区等不良的现象。通过模拟实验，可以得到光源出射均匀度为80．06%的导光板。

在膜系的优化设计中，以膜系结构为参数的评价函数是一个非常复杂的多峰值函数。传统的优化算法强烈地依赖于膜系的初始设计，且易陷入较接近于初始结构的一个局部极值处。为解决这一矛盾，将全局寻优的自适应进化算法用于光学薄膜的膜系优化设计，设计中只需问题解的编码和适应度函数，而不依赖其他任何辅助信息(包括初始结构)，有利于自动设计的进行。将该方法与常用设计方法进行了比较。高反膜、分光镜的实例优化表明：在相同设计要求下，用自适应进化算法可以得到更加合理的膜系结构，而且膜系结构简单，设计灵活，容易实现。理论和实践均表明该方法是高效和可靠的。

激光回馈法是一种新型的波片位相延迟测量方法。将波片放置在激光器与回馈镜之间，可使激光回馈波形产生偏振90°旋转(即跳变)现象，而两偏振态所占的周期比(占空比)与波片的位相延迟相关。通过测量占空比即可由计算机自动给出波片位相延迟。采用双向扫描回馈镜，2次获得并测出占空比，这样可以很好地消除两偏振态损耗的波动造成的测量误差，提高了该方法长期测量的稳定性。测量的重复性达到0．5°。该方法结构简单，在线测量精度高，满足工业化生产的需要。

设计了一种运用于MOPA(master optical parameter amplifier)系统的半导体激光种子源。研制了高速大电流驱动模块和任意波形发生器，实验采用1．064μm QW－DFB的大功率半导体激光器，得到了脉冲光功率优于200 mW，脉冲宽度1．5 ns～1μs和重复频率1 kHz～1 MHz可调的半导体激光脉冲种子源。

为了获得1064 nm，1319nm，589nm及660 nm4波长激光同时输出，设计了双激光晶体同步声光调Q“T”型复合谐振腔。通过软件模拟与计算，筛选出理想的谐振腔参数，使2波长基频光在大泵浦电流范围内能稳定运转。以KTP晶体和LBO晶体为和频晶体和倍频晶体，在泵浦电流为17 A，重复频率为10 kHz时，获得了1064 nm，1319 nm，589 nm和660 nm4波长激光输出，最高平均功率分别为150 mW，80 mW，2．3 W和1．7 W，同时测得589 nm激光和660 nm激光的脉冲宽度分别为110 ns和130 ns。结果表明：使用热稳“T”型复合腔，可以获得4波长激光同时稳定输出。

基于原有的Littman结构外腔半导体激光器，提出采用一种新的光学方法来实现波长调谐。该方法采用了包含一个旋转楔形棱镜的“光杠杆”系统来降低调谐的机械要求，提高波长选择精度。通过选择不同的楔形棱镜顶角和光线入射角，机械要求可以降低1～2个数量级，波长选择精度也得到相同量级的提高。该方法使Littman结构外腔半导体激光器的调谐特性得到极大的改善，并大大降低了震动的敏感性。

基于光纤Bragg光栅中脉冲演变遵循的非线性耦合模方程，数值分析了光纤Bragg光栅在禁带附近由非线性光学特性导致的Bragg波长偏移。仿真结果表明：随着输入信号功率的增大，光栅的布拉格波长向长波方向移动，反射峰值下降，反射带宽变窄。进一步研究了基于此效应的全光自开关特性，结果表明：此开关的稳定时间短，并且输出脉冲形状保持良好。因此，这种具有高非线性系数的光纤光栅实现的全光开关在全光信号处理方面具有广泛的应用前景。

介绍了掺铒超荧光光纤光源(SFS)的基本原理和SFS各种基本结构的特点。结合实际应用选择了单程后向(SPB)SFS作为光纤陀螺用光源。理论分析了影响单程后向掺铒超荧光光纤光源输出特性的各种因素。通过实验分析了铒纤长度对单程后向掺铒光纤光源泵浦效率和输出光谱的影响，特别是对中心波长稳定性的影响，对于单程后向结构掺铒光纤光源来说，铒纤长度有一个最佳值。演示了铒纤在选择最佳长度的情况下，泵浦功率对输出谱型的影响。通过实验分析了－40℃～60℃之间光源输出光谱和输出光功率的温度稳定性。最终得到了适用于惯导级光纤陀螺的光源。

为检测变压器内局部放电产生的声发射信号，介绍了一种基于特殊光纤熔融拉锥耦合器型声发射传感器。它是利用声波引起的扰动改变耦合器两臂光功率输出的特点来检测声发射信号。实验结果表明：此种传感器在10 kHz～250 kHz范围内对声发射信号有良好响应，在155 kHz灵敏度为5．6×10^－6V／Pa，噪声为1．8 Pa声压，有望在复合材料与结构、电力无损检测方面得到应用。

长周期光纤光栅作为透射型光无源器件，以其在通信和传感领域具有广阔应用前景而引起人们的关注。要得到满足性能要求的光纤光栅，对其透射谱的分析是基础。通过耦合模方程确定了基模和一阶各次包层模之间的耦合常数。在设定的光纤光栅参数条件下，通过Matlab进行模拟得到了最终需要的长周期光纤光栅透射谱，并由此得出：长周期光纤光栅谐振波长出现的位置主要由光栅的周期决定，损耗大小可以通过调节光栅长度和折射率来实现。

基于液晶聚合物挤塑法，提出一种研制小直径光缆的技术途径。描述了液晶聚合物的基本特性，说明了液晶聚合物是小直径光缆的理想挤塑材料。研究了小直径光缆的挤塑工艺参数并根据液晶聚合物的材料特性给出了挤塑工艺流程。采用挤塑方式研制出外径为0．45 mm的液晶聚合物小直径光缆，分析了该光缆的基本性能。试验结果表明：挤塑工艺对光纤几乎不产生附加损耗，在－60℃～+80℃的温度范围内，光缆的附加损耗几乎为零。

为了获得高精度非球面碳化硅(SiC)反射镜，对非球面碳化硅反射镜基底以及改性后碳化硅反射镜表面的加工与检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSGJ－2非球面数控加工设备。采用轮廓检测法和零位补偿干涉检测法分别对碳化硅反射镜研磨和抛光阶段的面形精度进行了检测，并采用零位补偿干涉检测法及表面粗糙度测量仪对最终加工完毕的碳化硅反射镜的面形精度和表面粗糙度进行检测。测量结果表明：各项技术指标均满足设计要求，其中非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度(RMS值)为0．016λ(λ=0．6328μm)，表面粗糙度(RMS值)为0．85 nm。

大口径光学元件的检测开拓了子孔径拼接应用的新领域。采用小口径干涉仪对大口径被测元件不同区域进行波前检测，然后恢复计算出被测波前。使用光学设计软件ZEMAX对子孔径检测拼接技术进行了模拟，模拟结果表明：波前检测相对误差小于4．3λ‰，实现了对大口径光学元件面形的高精度检测，避免了相同口径检测干涉仪的使用，降低了检测成本及难度。

激光陀螺不仅对合光棱镜角度精度有极高的要求，而且对角度和尺寸的一致性有严格的限制。为了加工这种高精度角度光学元件，提出通过手修工装母体复制出成盘加工工装，再复制出光学零件的加工方法，并分析了测角仪的测量精度、面形之间的匹配误差和平行的测量误差所引入的角度加工误差情况，提高了面形加工的平面度，避免了局部不规则现象，控制了温差对面形变化的影响。另外通过降低平行测量的误差以及减小闭合角度之间的叠加误差等具体措施也可以提高光学元件加工效率和角度加工精度。