针对视觉跟踪中运动目标的大小也随之改变这一问题，提出一种基于变分辨率的自适应窗口目标跟踪方法。在最大后验概率视觉跟踪算法基础上，分析了运动目标窗口内外框上的后验概率贡献指标，建立了自适应窗口调整目标尺度的数学模型。当运动目标尺寸变化时，其分辨率也相应变化，为了保证跟踪的实时性和效率，采用变分辨率的特征统计采样方法。在对运动目标实现自适应窗口的跟踪时，特征统计的分辨率也随之改变，对尺寸越大的运动目标尺度赋予更低的分辨率，从而实现基于变分辨率的自适应窗口目标跟踪。

结合分数傅里叶变换及菲涅耳变换，在光学图像加密系统中分别具有多密钥性和无透镜性的优点，提出了基于分频域和菲涅耳域的光学图像加密方法。基于分数傅里叶变换的光学加密系统，引入菲涅耳变换及全息技术，使原有的加密系统在不增加光学元件的基础上提高了系统的安全性。理论分析和计算机仿真模拟证明了这种方法的可行性。

为提高车载光电系统的作用距离，设计了一种升降式桅杆，采取液压驱动和机械传动相结合的复合传动形式，桅杆采用方形结构，长宽比控制在1∶20之内，采用硬铝合金材料，壁厚不小于3mm，桅杆最大升起高度10m，升起或降下时间1min，最大负重200kg。分析了桅杆的载荷能力、抗风特性和振动特性，给出了一种无滑环发条式收线装置，适合桅杆上下多路光电信号和电源电压传输。

由于单颗LED的功率很小，作为照明光源使用时需要采用LED阵列形式。首先推导LED阵列的照度叠加公式，根据叠加公式对阵列进行仿真，以圆形为例分析LED在平面上的均匀分布以及以球表面为例分析LED在曲面上的均匀分布。给出两种LED阵列分布的仿真结果，得出不同阵列的分布特点。指出圆面阵列的照射范围比较集中，此类阵列分布的灯具适用于照射面较小且比较集中的照射领域；球表面上的阵列的照射分布范围比较广，呈圆面，此类阵列分布的灯具适用于照射面较大但照度要求不是很高的照射区域。该结果为LED灯具设计提供了依据。

传统的模板匹配跟踪算法存在运算量大和实时性差的缺陷，限制了它的应用范围。针对这一问题，在已有的基于位置预测相关跟踪算法的基础上，提出了利用图像分离块操作对相关跟踪算法进行改进，进一步减少相关跟踪算法的计算量，以满足系统的实时性要求。对改进算法进行了模拟仿真实验验证。仿真结果表明：该改进算法不仅在很大程度上减少了计算量，提高了跟踪系统的实时性，而且能够有效地减少随机噪声的影响，使得跟踪更加快速准确。

介绍宽光谱大视场微光准直镜的光学设计和镜组结构方案,侧重叙述大视场微光准直镜的二级光谱校正方法。根据初级像差理论，由半部系统出发，给出了系统的初始结构。通过理论分析和ZEMAX光学设计软件的优化，结合工程应用给出了工作波长为(0.486～0.863)μm、全视场，相对孔径为1∶7.85的镜头设计实例，其二级光谱为0.01mm。该镜头由6块镜片组成，包括一个标准抛物面，在20lp/mm空间频率处MTF值超过0.8。准直镜的像差满足使用要求。

在IDL程序语言中实现Mie理论的数值算法，利用HITRAN资料提供的气溶胶粒子复折射指数，计算分析了沙尘、黑炭2种气溶胶粒子在不同半径(1μm，2.5μm和10μm)时，对波长为400nm和860nm光的散射效率以及散射相函数矩阵元素。结果表明：黑炭与沙尘有明显的光学性质差别，沙尘粒子不仅散射效率大于黑碳，而且后向散射比黑碳粒子强。 2种粒子对400 nm和860 nm太阳光的偏振也不同，可以利用此特性鉴别这2种气溶胶。

根据强非局域介质构成的平面介质波导中同频率和同极化的多光束共同传输模型方程，求得了任意斜入射多光束相互作用的精确解析解。基于强非局域介质空间双光孤子的相互作用原理，提出了利用全同孤子作为信号光来实现全光互联，但实现的逻辑也仅仅局限于短距离作用，还对全光开关抑或反相器作了详细叙述，通过实例给出了这类设计的优化方案。

离子束辅助镀膜沉积过程中，绝缘薄膜表面的电荷积累效应严重影响了薄膜质量。通过对宽束冷阴极离子源引出栅部分的改进，采用分时引出电子和离子方法，使正负电荷中和，以消除薄膜表面的放电现象，并对引出电子束的束流密度、能量、发射角等参数进行了测试。实验结果表明：在引出电压为600V时，电子的平均能量为100eV左右；引出电子束的发射角可以达到±40°，在±15°范围内的束流密度波动小于±5%。引出电子的束流密度较同参数下的离子束流密度小，通过调节脉冲电源的占空比，可达到很好的中和效果。

将高量子效率的磷光材料fac-tris-2-phenylpyridine iridium(III) (Ir(ppy)3)按不同的比例掺杂到具有载流子传输能力的主体材料poly(N-vinylcarbazole) (PVK)中作为发光层制备磷光电致发光器件。通过对器件发光机制的研究，发现光致发光过程中起主导作用的是Fo¨ster能量转移机制；而在电致发光过程中，器件的发光性能受Dexter能量转移和电荷陷获2种能量传递形式的影响。器件的I-V-L特性表明：Ir(ppy)3的掺杂比例为5%时，器件的光功率效率最大，能量转移最充分。

研究特殊函数在激光湍流大气传输光束漂移效应中的应用，为提高跟瞄系统的瞄准精度提供理论依据。基于特殊函数和修正Von Karman谱，对斜程湍流大气传输光束漂移方差表达式进行了数值仿真。数值模拟表明，特殊函数高次项的近似舍去对激光湍流大气传输光束指向精度影响甚微。在外尺度较小时,光束漂移方差变化较快；随着外尺度的增加，光束漂移增加缓慢且趋于饱和。在相同的外尺度下，发射孔径(初始光束束径)与发射天顶角的增大对光束漂移具有抑制作用，且天顶角接近π/2，光束漂移角方差快速减小。

提出了一种基于图像处理的透镜包边方法，根据待包边透镜的特点确定了光路中各参数，由面阵CMOS器件接收透镜反射的十字叉丝像，并通过图像处理的方法计算透镜的中心偏，以此为依据调整透镜位置，达到误差允许范围，然后加工金属外圆，完成包边。对测量系统、电机控制和软件实现作了详细说明，给出了实验结果。实验结果表明，该方法操作简单、测量精度高，可有效减小透镜中心偏。

鉴于THz激光主动成像以其较低的光子能量和较高的穿透能力在危险品检测、医疗和食品检验等领域有着广泛的应用前景，将对比度拉伸变换、中值滤波和均值滤波常规图像预处理方法引入到THz激光主动图像处理中，对五元人民币纸币的水印THz面阵图像进行了预处理。处理结果表明，对原始图像进行对比度拉伸变换可以较大地提高图像对比度，在此基础上进行的中值滤波和均值滤波可进一步提高图像的辨识能力，中值滤波可以保护目标边缘细节并使图像平滑。在对比中发现，当窗口大小为9×9像元时滤波后的视觉效果最佳。

尾流场是舰船在航行过程中所形成的一个含有大量微气泡而与其他水域所不同的区域，通过对尾流光学特征的研究，提出了一种采用双路锁相放大技术对尾流信号进行检测的方法。该方法利用互相关原理，使输入待测的周期信号与频率相同的参考信号在相关器中实现互相关，从而检测出深埋在噪声中的周期信号携带的信息，为消除激光尾流检测系统中激光器的漂移问题提供了途径，可达到抑制噪声，提高系统检测的灵敏度、可靠性和检测尾流的目的。

针对同时存在参数不确定性和结构不确定性的非线性光电伺服系统，运用自适应原理对系统的参数进行在线估计,同时提出一种改进的指数趋近律，并结合滑模控制(变结构控制)策略设计系统的滑模自适应位置控制器(APR)。以等效正弦1.2sin(0.93t)作为仿真输入，在0.45s后跟踪误差小于60μrad，表明该控制方法对此类不确定非线性系统的控制效果良好。

杂散光对光学系统的成像质量有严重的影响。从杂散光的定义出发，分析杂散光的来源，建立评价杂散光对系统影响的主要指标和点源透过率、杂散辐射比的数学模型，用TracePro对Fabry-Perot干涉成像光谱仪的杂散光进行分析和计算，通过在系统中增加遮光光栏能有效抑制系统中的杂散光，有效降低杂散辐射比。采用分析结果对Fabry-Perot干涉成像光谱仪的光机系统进行消除杂散光设计。

为解决星敏感器的星图识别算法高实时性和鲁棒性，采用了BP神经网络；根据飞行轨迹精简了导航星及对应的模式，即一个视场中的一幅星图对应一个惟一的导航模式。采用二维Voronoi图计算向平面上最大空圆，构造了完备的圆视场集合；经过反复比较，选择以恒星为顶点能构造包含视场中所有星的凸多边形的导航模式，以其角距和顶角作为识别向量，具有平移和旋转不变性，并以该模式为BP神经网络的训练样本。仿真试验表明：该方法的识别成功率达100%，识别时间小于20ms。

由于电荷耦合器件(CCD)具有许多优于其他成像器件的特点,因此其应用领域已被不断地扩展,调制传递函数(MTF)可作为客观评价其成像质量的有效方法。从载流子扩散对其传递函数影响出发,分析其数学模型, 并利用该模型进一步探讨光谱不均匀性,不同扩散长度及初始耗尽宽度对MTF的影响,最后给出了仿真试验结果。

利用分步傅里叶变换法分别求解含三阶色散效应和不考虑三阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔(NLS)方程，通过数值求解发现三阶色散效应会使孤子对脉冲发生单边振荡，并在振荡侧逐级产生次脉冲。讨论孤子对的两束孤子脉冲之间的振幅比与相位差对传输的影响，发现在不考虑三阶色散的情况下，振幅比与相位差均对孤子对的传输有显著影响，在考虑三阶色散效应时，只有相位差对孤子对的传输产生影响，并可以导致脉冲能量转移。

在干涉成像光谱仪的光谱复原中，由于系统存在各种误差，若直接对所得干涉图进行傅里叶变换重构，得到的光谱图会产生较大误差甚至错误。介绍了Sagnac型干涉成像光谱仪基本原理，针对上述问题得到一套对采集得到的干涉图进行光谱重构的方法，通过对所采集干涉图进行消趋势项、切趾、相位校正、共轭对称化等步骤的处理，再进行重构，即可有效避免直接重构所带来的误差，使用所研制的原理样机对氦灯等单色光源进行光谱曲线重构实验，得到的光谱强度分布曲线与标称曲线基本吻合，光谱复原精度达到了4nm,具有较好的重构效果。

为了无需其他辅助光学元件就能够实现对大口径非球面的测量，提出了子孔径拼接干涉检测方法。并基于齐次坐标变换、最小二乘法以及Zernike多项式拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型；开发了子孔径拼接检测非球面算法软件，进行了计算机模拟和仿真实验；设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置，并利用子孔径拼接实现了对口径为350mm的双曲面的检测；为了分析和对比，对待测非球面进行零位补偿检测实验，子孔径拼接所得的面形分布和零位补偿检测所得的全口径面形分布都是一致的，其面形误差PV值和RMS值的偏差分别为0.032λ和0.004λ(λ=632.8nm)。从而提供了除零位补偿检测外另一种定量测试非球面尤其是大口径非球面的手段。

数字摄影测量在逆向工程和三维检测方面具有广泛应用。对摄影测量中CCD相机的测量精度进行探讨，提出一种基于数理统计的计算方法。通过相机拍摄多组照片，在XJTUDP软件下计算相同条件的编码点或非编码点之间的距离，得出其平均值，将测得的每组单个数值减去平均值，可获得每次测量的个体误差。求个体误差与平均值的比值的绝对值，可得出单组数组的测量精度。对测量精度求平均值，得出标准精度的概念。将标准精度作为衡量CCD相机测量精度的指标。结合试验数据，应用本方法对Cannon400D定焦相机和变焦相机进行较详细的分析，为定焦和变焦相机的选取提供依据。

热层大气风速的测量可以采用干涉法来进行，由于光源(气辉辐射谱线)的强度很弱，故干涉法对测量系统要求很高。利用半导体激光器(LD)的调制特性和法布里-帕罗干涉仪(FPI)的高光谱分辨能力设计了一种用简单设备进行大气风场模拟与测量的方法。改变LD的驱动电流使其输出激光频率改变，从而模拟气辉辐射的多普勒频移，通过分析FPI获得的干涉图可检测出该频移，进而得到等效风速。模拟风速的相对误差不超过6.5%，最小模拟风速为20.01m/s，且测量结果与LD的线性调制特性很相符。使用该方法可以有效地对多普勒风速测量原理、数据处理方法、系统性能以及测量误差进行分析和评估。

不具有荧光的探针双氢罗丹明6G被氧化后可以生成具有荧光特性的罗丹明6G。反应中，一个双氢罗丹明分子能够与2个活性氧发生作用。借助衍生荧光检测技术，可以将该探针用于香烟主流烟雾活性氧含量的检测实验。利用探针在该实验条件下检测市场上4种品牌香烟的主流烟雾中活性氧的含量，含量分别为：(59.93±5.32)nmol，(55.98±6.17)nmol，(54.78±7.82)nmol，(40.87±6.43)nmol。实验结果表明，香烟主流烟雾中活性氧的含量与烟草品种及制作工艺存在密切的联系。借助荧光特性进行主流烟雾活性氧含量近实时检测的方法具有灵敏度高与检测速度快的特点。

为解决负电子亲合势GaAs光电阴极电子发射灵敏度低的问题，运用质谱计对GaAs-玻璃粘接阴极组件在高温热辐射除气时的放气成份进行了分析, 获得了GaAs电子发射层原子级表面。结果表明：组件150℃为表面放气，450℃为材料体内放气，580℃为洁净表面获得温度，大于650℃ 时GaAs发射层面有As蒸发。这说明严格控制发射层表面洁净温度，是保证制备高性能阴极灵敏度的关键。

为了能够获得准确的调制传递函数测量结果，对测量系统中投射图像的理想成像面进行选择性调节。通过对微光像增强器调制传递函数测量系统光学成像性质的深入分析，讨论了光学系统的像差特性，利用平均中点取值法实现了微光像增强器调制传递函数测量中对理想成像面的选择。通过与微光像增强器已有测量结果的对比，证明所述方法能够保证微光像增强器调制传递函数测量的准确性。

提出一种二元光学元件微型芯模的工艺设计方法，该方法利用了数字调制器件(DMD芯片)的空间光调制特性。首先通过编程设计出二元光学器件的相关软件，以实现菲涅耳透镜、达曼光栅、龙基光栅等各种矢量图形，经过14倍精缩光学系统，将由DMD芯片生成的二元光学器件图像成像在涂有光刻胶的基板上。经显影、定影和坚膜后，再利用电化学蚀刻，得到一种二元光学阵列的微芯模。这种二元光学的芯模制作方法可以方便、高效、低成本地用于制作微光学器件。

光学零件制造领域中，用传统的方法在微晶玻璃上加工高精度内孔存在很多困难，如钻孔时常出现椭圆、中心偏、锥形、爆边等问题。为了解决这些问题，利用简单的钻床和万能外圆磨床设备，在微晶玻璃上完成钻孔、扩孔、磨边加工后，得到了内孔尺寸精度为0.01mm、内孔与外圆同轴度为0.01mm的高精度圆孔。生产实践表明：该工艺重复性良好，加工性能稳定。不仅解决了玻璃钻孔常见问题，而且得到了高精度玻璃内孔。

对于光纤通信领域有限的带宽资源，波分复用与解复用器件Interleaver是未来密集型波分复用(DWDM)光纤通信网中的关键器件。为此结合非均匀取样光栅Interleaver的基本设计原理，运用耦合模理论和矩阵传输方法对非均匀取样光纤布拉格光栅的传输特性进行了数值模拟计算，并设计了信道间隔为0.8nm的设计实例，反射谱峰值均匀达到80％～95％，传输通道间隔稳定均匀，时延和色散均匀，时延抖动小于200ps。

提出了一种普通单模全光纤化水听器及其驱动电路的设计方法。选择了传输波长为1550nm的单模光纤，采用多量子经阱分布反馈(multi-quantum well distributed feed back, MQW-DFB)半导体激光器作为系统光源，选用MAX3263和MAX038分别设计激光驱动器和高性能正弦波信号发生器，用InGaAs PIN作为光电探测器。实验测试表明：设计的光纤水听器的灵敏度比标准水听器(压电型)高50dB～60dB(在1kHz～30kHz范围)。

利用有限元法仿真了光子晶体光纤的双折射与横向压力之间的关系，研究弱压力条件下光子晶体光栅的特性。虽然光子晶体光纤比传统的阶跃光纤对压力更为敏感，但弱压力导致的双折射变化很小，应用测量布拉格波长的变化测量压力的变化比较困难。采用偏振相关损耗来测量外界微弱压力导致的双折射变化。仿真结果表明：利用偏振相关损耗的方法，测量灵敏度可达0.75dB/MPa。

利用载流子输运模型对飞秒激光辐照下单晶硅亚微米薄膜中的能量输运过程进行数值模拟。研究了不同辐照能量密度和不同激光波长对载流子密度和温度超快变化过程的影响规律。结果表明，在800nm激光辐照下，不同入射能量密度仅影响载流子密度和温度响应的峰值，但达到峰值的时刻不变。平衡态的恢复过程受入射能量密度影响很小。在不同波长激光辐照下，光子能量越大，载流子密度和温度达到峰值所用时间越短，对应峰值越大，但衰减速度也越快。当入射光子能量大于单晶硅的直接带隙时，快速衰减时间常数可以与载流子能量弛豫时间相当。

为解决目前各激光器检测仪功能单一、检测精度低等问题，研制了一种新型智能激光器参数检测系统。该系统采用现代控制技术和微机软件，且配有特定结构的分光束光学系统，能同时实现辐射器光轴平行性、光束性能参数(包括光束发散能量、脉宽、编码精度)、光轴稳定性测试和系统整体性能测试。通过引入红外自准直仪使系统的角分辨率达到了2″，借助示波器捕获窄达100ps的激光脉冲，高精度、大动态范围的激光能量计可精确测量出激光的能量。

采用差动型后向散射的方式进行实验，利用数据采集卡PCI DAS-4020采集信号，并在Labview软件中对信号进行滤波处理，以提高信噪比，运用傅里叶变换(FFT)处理数据，计算出运动目标的速度并与实际速度进行了比较。结果表明该系统用于固体表面速度的测量切实可行，精度可达到2.2%。

建立了LD侧面泵浦激光介质内的光场分布数值模型。通过光线追迹方法，简化了介质对泵浦光折射的计算方式。利用Matlab软件数值模拟了泵浦光在介质内的归一化分布。提出获得高质量、高能量的激光输出参数的选取原则。当LD的束腰半径为1μm、LD的数量为40个、介质的半径为1.5mm、发光面到介质的泵浦距离为0.5mm、介质吸收系数在2cm-1～6cm-1之间时，泵浦光在激光介质内的增益分布较好。

为了使有广泛应用的CuBr激光器能稳定和高效运行，针对实验中出现的激光输出功率随放电频率起伏的情况，给出CuBr激光放电管内声波振动的数学模型。该模型选取圆柱形放电管轴为柱坐标轴对波动方程求解，通过数值计算，获得了放电管内声压分布的解析表达式。通过分析放电频率与激光管固有声振动频率的关系，明确了声共振会导致激光介质重新分布，它对激光输出功率有影响，理论计算结果和实验结果完全符合。

基于场景的非均匀校正算法(scene based nonuniformity correction,SBNUC)是非均匀校正技术今后的重点发展方向，介绍了近年来基于恒定统计约束的SBNUC、神经网络的SBNUC和运动估计的SBNUC算法的研究进展。研究了SBNUC算法在实际焦平面探测器组件上的实现方法，该方法仅依赖拍摄序列的信息对焦平面探测器的增益和偏置参数进行组间更新或帧间更新，可有效补偿温漂。研制了一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件，红外视频经该组件处理后，图像质量有所提高。该组件可明显提高热成像系统的成像性能，并能动态地保证热成像系统随场景变化的稳定性。

介绍了红外成像波门形心跟踪算法的原理，通过建立跟踪误差模型，讨论分析了红外成像波门形心跟踪算法的误差，当误判概率越小，波门内目标像素越多，背景像素越少时，形心跟踪误差越小；当信噪比越大，相关搜索的次数越少，相关运算的像素总数越多时，正确匹配系数越高。试验证明，该算法不仅能减小跟踪误差，而且能提高跟踪的精确度和稳定性。

利用直方图均衡化和灰度变换增强算法，不能有效增强红外图像目标。鉴于此，在研究红外图像特点的基础上，提出了一种自适应红外目标特征增强算法。该算法先对红外图像进行中值滤波，滤除掉图像中的随机噪声，然后利用直方图分割将红外图像分为目标和背景2部分，通过线性加权叠加抑制背景和增强目标。实验表明，该算法不仅能够根据红外图像中目标的灰度特性自适应地选取直方图分割阈值，而且在去除噪声和增加对比度的同时还抑制了背景，达到了预期的效果。该算法尤其适用于目标和背景像素比例相近时直方图具有局域双峰特征的红外图像中目标的增强。