在光电跟踪测量设备对低对比度目标捕获能力检验中，提出一种利用可调对比度光学无穷远目标源检验的新方法。采用这种方法需建立可调对比度光学无穷远目标源装置，介绍这种装置的设计依据和设计过程。该装置可以模拟天空背景的辐亮度及这个背景下的一个低对比度目标，它利用大、小两个积分球分别模拟背景与目标的辐亮度，利用安装在大积分球上的准直物镜使目标及背景成为无穷远的目标源，在积分球上分别安装内置和外置照明光源，外置照明光源中装有光束准直系统，使卤素灯发出的光束成为平行光后射入积分球内，利用可调光栏控制通光口径的大小，从而控制了进入积分球的光通量，使得背景与目标的辐亮度在色温不变的条件下连续可调，实现目标对比度连续变化，变化范围0～90%，对比度稳定精度优于1%，光谱范围400nm～800nm内最大背景辐亮度优于60W/m2sr。

为了提高遥感成像系统分辨率并降低大孔径光学系统的加工难度，拼接式合成孔径技术被应用于遥感领域。但是在拼接过程中，由于子镜失调会导致相位误差，致使光学系统成像分辨率下降，提出采用位相差相位恢复方法估计子镜失调引起的相位误差，并用于反求子镜失调，为在轨装调提供依据，最终达到改善系统成像性能的目的。将已知离焦位相情况下的模型输出与实际成像输出之间的差异作为失调相位估计的目标函数，建立了存在失调的拼接孔径系统成像的数学模型。通过对几种求解非线性方程最优解方法的比较，采用BFGS法来寻找位相最优估计值。仿真实验表明：提出的算法能将光学系统的相位恢复误差控制在6%范围内。

水中湍流是影响水下光学系统性能的重要的潜在因素。用波前检测的方法对水中湍流对激光束传输的影响进行实验研究，测量了实验条件下水中湍流产生的波前畸变的大小，对波前畸变进行了Zernike分析，还对波前补偿自适应系统在水下成像的应用进行了探索。结果表明：水中湍流引起的激光束波前的起伏降低了图像的分辨率，自适应光学系统在其校正范围内能有效地校正畸变，提高图像质量。

为了充分利用可见光和长波红外所蕴含的不同信息进行数据融合、彩色显示，分析了3种不同类型双波段光学系统及其成像性能，设计了全折射光学系统、折反射光学系统和离轴三反射双谱光学系统。采用不同的分光形式，反射可见光波段，透射长波红外波段，使3种不同类型光学系统的全视场角和相对孔径分别为5°和1∶1.7；光学系统在可见光波段成像质量对应的空间频率50lp/mm处的MTF=0.60，在长波红外波段成像质量对应的空间频率15lp/mm处的MTF=0.30。对不同结构类型的系统特点进行分析和讨论，给出了各种像差曲线和光学传递函数曲线,为多波段彩色夜视设计了不同类型的光学系统。

根据导光板散光原理，建立圆形导光板数学模型，有效地将LED线阵列转化成照度较为均匀的面光源，利用软件Trace-pro初步模拟结果求出导光板的一些参数，推导出圆形导光板的网点分布规律，最后利用光学软件进行仿真，获得了均匀度较高的光斑。实验结果表明：输出光的均匀性和亮度与网点的填充率密切相关，与网点的形状关系不大，验证了该方法的正确性。

为了利用有机发光二极管(OLED)显示屏显示字符及图形，对基于NiosⅡ技术的OLED显示驱动进行了研究。利用FPGA开发环境编写SVGA时序的Verilog HDL程序，设计了适合EMA-100080型SVGA+主动矩阵OLED微型OLED显示屏的SVGA接口；利用NiosⅡ集成开发环境编写C语言程序/控制字符、图形的生成及传输，协调NiosⅡ和FPGA之间数据传输。经调试及验证，表明OLED屏能够显示特定的字符及图形。

通过跟踪光束在积分球内的多次反射过程，建立了积分球出口辐出度与积分球结构参数的关系。依据积分球内置光源的能量转换关系，建立了积分球开口处光谱辐出度与内置光源参数及积分球自身结构参数之间的理论关系模型。此外，选用具体的积分球内置光源参数，利用建立的模型计算出积分球开口处光谱辐出度理论值，并用标定好的光谱仪对该模型进行了实验测量与不确定度分析。结果表明：在0.6μm～0.85μm波段范围内，该模型计算值与实验测量值相对误差均小于4%；由于光谱仪自身响应特性及标定光谱仪的黑体温度的影响，0.9μm处相对误差为8.65%。

利用ZEMAX光学软件设计了一款适用于部分2.03cm(0.8英寸)单片DLP投影机机型的短焦(广角)数字投影镜头。该镜头结构由10片透镜组成，具有结构简单、生产成本低、易加工等特点。镜头的全视场角2w达到80°，相对孔径约为1/2.1，有效焦距约为12.7mm，等效后截距约为37mm，其投射比约为0.78/1，即1m的投射距离可以投射出160.02cm(63英寸)的画面。镜头有较好的成像质量，在分辨率极限35lp/mm处，0.7视场以内的MTF值均大于0.35，在1/2分辨率极限处大部分视场的MTF值大于0.7，全视场畸变量的绝对值小于3%。

为研究掺杂不同mol分数的Ag+，Fe3+对TiO2薄膜光催化性能的影响，采用溶胶-凝胶法分别制备了掺杂不同质量分数的Ag+，Fe3+及其共掺杂的纳米TiO2光催化杀菌膜。以大肠杆菌为光催化抗菌的反应模型，对TiO2薄膜光催化性能进行了评价。进而采用XRD，Uv-Vis对复合掺杂薄膜的特性进行了测试，以分析Ag+，Fe3+对影响TiO2薄膜的光催化杀菌性能的内在机理。结果表明：在荧光灯照射下，以Ag+，Fe3+各自最佳掺杂量Ag/Ti+=0.05%，Fe/Ti=0.1%，共同掺入TiO2中时，共掺杂杀菌率最高，并且共掺杂有良好的光催化分解能力。所得TiO2晶型基本为锐钛矿型，通过Uv-Vis可以看出共掺杂在可见光区具有良好的吸收性能。Fe3+是由于拓展了TiO2的吸收范围，而Ag+是由于正离子有效地抑制光生电子空穴的复合,它们二者共同合作从而提高了TiO2薄膜的光催化性能。共掺杂相对于单掺杂有着更优异的性能，是进一步的研究方向。

为将微弱光信号有效地转换为电信号以方便后级电路处理，设计了微弱光信号检测电路。电路由光电转换和前置放大两部分组成。光电转换电路采用低输入偏置电流运算放大器AD549实现；前置放大电路使用对称三极管组成的对数比率放大电路实现，并在同等条件下与集成电路LOG100组成的前置放大电路相比较。实际测量表明，该放大电路设计可有效放大低于1nW的微弱输入信号，同时对噪声也有很强的抑制作用，而由LOG100组成的电路对噪声的抑制能力明显衰减。

雾图增强是智能管理系统的一个组成部分，在交通管理系统、公路收费站、轮船、飞机场等场合有着广泛的应用场景。比较了对数函数、双曲正切函数、反双曲正切函数对雾天降质图像亮度分量的调节能力，证明双曲正切函数具有比对数函数更宽的亮度调节能力。在此基础上提出一种基于单尺度Retinex的雾天图像增强方法。该算法首先把图像从RGB彩色空间转换到HSV空间，保持色调分量不变，采用中心可自适应调节的双曲正切函数增强图像的全局亮度，局部细节非线性变换处理进一步提高图像的局部对比度，运用线性拉伸对饱和度进行调整，实现颜色补偿。实验结果表明该方法去雾效果显著，且颜色自然。实验还结合方差、熵和算法运算时间等参数，对该算法与多尺度Retinex算法作比较，验证了该算法在图像对比度、细节增强方面的优越性，且算法速度快，具有应用于实时图像处理的能力。

根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,给出点源、平面光以及高斯光束照射圆孔衍射的一种数值计算方法，借鉴相关方法推导了这3种圆孔衍射的菲涅耳衍射及其特殊情况下夫琅禾费衍射的解析计算式，并利用Matlab软件模拟了它们傍轴区的衍射场。模拟实验表明：这两种计算方法对这3种常见且重要的圆孔衍射都是有效可行的。

针对细胞图像分割问题,考虑传统阈值分割方法的局限性,提出一种自适应局部阈值分割算法。该算法的基本思想是通过自适应阈值选取对每个像素确定以它为中心的一个邻域窗口，计算窗口内像素的最大和最小值，再取它们的均值为阈值，以此分割图像。分别用自适应阈值分割法和迭代阈值的图像分割方法实现图像分割，实验结果表明：自适应阈值分割法效果良好，具有鲁棒性。

在进行防火监测、泄露监测时，被检测信息往往比较微弱。这时研究检测结果的分布规律，对检测门限的确定、统计检测和恒虚警检测等具有十分重要的作用。从统计混合模型出发，对多光谱图像CEM滤波器背景部分输出的分布规律进行了分析，认为滤波结果的概率密度函数服从高斯混合分布。并利用ETM卫星数据进行了相应的验证。结果表明实际概率密度曲线与EM算法参数估计结果吻合很好。虚警概率曲线也表明，在虚警概率Pfa＞10-4条件下，采用高斯混合分布模型确定的门限是准确的。

分析LSO无机闪烁晶体中荧光弥散的原理。采用蒙特卡罗方法，将荧光弥散分为γ光子在LSO闪烁体中转化为次级电子并沉积能量，以及沉积能量转换为荧光光子在闪烁体中输运2个过程进行模拟。其中，前一过程采用MCNP蒙特卡罗程序模拟，后一过程的模拟计算由自编蒙特卡罗程序实现。给出了闪烁体的点扩散函数，计算结果与刀口法实验测量得到的点扩散函数相吻合。采用该方法计算了不同入射γ射线能量和各种厚度闪烁体下的点扩散函数。数据结果表明：点扩散函数的FWTM(full width at tenth maximum)随着γ射线能量的增大先减后增，并逐渐趋于稳定，还随着闪烁体厚度的增加而逐渐增大，文中给出了呈现这种变化规律的原因。

频率扫描干涉可以实现绝对距离测量，其中相位测量至关重要，其精度直接影响干涉测量的最终精度。从信号频域角度出发，提出了一种利用参考信号和测量信号离散傅里叶变换的相位测量方法。在对参考信号和测量信号采样前，分别对它们进行负向过零检测，当信号负向过零时才开始采样。对信号离散傅里叶变换后进行频谱分析，指出在信号采样前进行负向过零检测，可以消除信号频率值的相对偏差。根据理论分析，在LabVIEW中进行了建模仿真。结果表明：该方法具有精度高和抗噪声能力强等优点，在测量距离为10m时，相位测量平均值与理论值相差2π，相对不确定度仅为0.105%。

针对目前国内外热点研究的大口径空间相机，分析了其较之普通口径相机在辐射定标方面所具有的特点和难点。在FY-2C星红外水汽波段实验室辐射定标方法的基础上，提出了一种改进的适用于大口径空间相机的新型辐射定标方案。该方案克服了传统“黑体——准直括束系统”的定标方法中存在的括束系统视场、口径必须与空间相机参数匹配的难点，通过改进的后端光路插入黑体方法，实现了任意口径空间相机的全光路辐射定标。最后通过对新方案的辐射定标不确定度分析，论证了新方案在定标精度等方面的优势。

利用法布里-珀罗标准具对条纹相机的动态范围进行了标定实验研究，提出脉宽加宽20%的强度值为饱和点值的条纹相机动态范围的严格定义，对噪声控制进行了简单必要的分析。当输入脉冲宽度为30ps时，在给定扫速档位，实验给出S-1条纹相机的动态范围为102。

为了研制一种照度检测范围宽、结构简单、操作简便，并能产生均匀光辐射分布、自动调光的照度测量装置，通过对传统照度测试方法所使用的结构形式和光源进行分析，提出了一种采用曲面反光灯杯加内置灯的光源以及单片机自动控制的新型CCD摄像机照度检测装置的设计方法。并在文中详细介绍了光源设计、照度探测器设计、控制电路设计以及试验等研制过程，最终研制成功的新型CCD摄像机照度检测装置实现了光源的均匀辐射、自动调光等功能，适用于各类CCD摄像机1.0×10-1lx～1.0×105lx照度范围的检测。

折射率是玻璃的重要光学性能之一，其测量方法很多。为了准确、快速、适应性好地测量玻璃折射率，提出一种基于光电技术的新测量方法。利用平行平板玻璃对入射光线的侧向偏移特性，可以得到不同折射率的玻璃对光线的不同偏折程度来确定折射率和偏移量之间的关系式，并通过采用位置敏感探测器将光斑像点的位移转化为电信号的输出，从而实现折射率转化为电信号。设计了光学系统和信号处理单元，通过实验测得了K9玻璃的折射率，并与最小偏向角法测量折射率进行对比，测量数据表明该方法可行，测量精度可达到10-4 ，可以满足测量高精度玻璃折射率的要求。

应用多极法理论和传输矩阵法，对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异，重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化(间隙孔半径、层数)与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时，光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移；当光子晶体光纤的间隙孔径不变、层数增加时，光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。

星地链路激光通信系统的运行不可避免地要受到湍流大气等随机介质的影响，从而可导致卫星接收信息误码或通信中断。基于Born近似和弱起伏下的Rytov近似，分析推导了激光光束从发射机经湍流大气斜程到达接收机(或目标)时的光场变化。采用McGlamery算法，对Kolmogorov功率谱下的大气湍流随机相位屏进行了数值模拟，进而在模拟的相位屏和惠更斯-菲涅尔原理基础上，将主要适用于模拟平面波相位波前的McGlamery算法推广应用到了高斯光束的光场模拟。研究表明：大气信道段对星地链路激光通信系统有着极为重要的影响，也间接说明了McGlamery算法对准直激光光束相位波前模拟的适用性。

实际应用中，入射到保偏光纤的光波通常是准单色光。当入射光的偏振方向与保偏光纤本征轴未对准时，光波在保偏光纤中传播时的偏振度会发生变化。利用部分相干理论分析了准单色偏振光和部分偏振光在保偏光纤中传播时偏振度随起偏角和传播距离的变化情况。实验研究了部分偏振光的偏振度随起偏角变化的规律。研究结果表明：传播距离在厘米量级内时，偏振度随传播距离的变化较明显，对于一般的长距离传输而言，传播距离对偏振度的影响可以忽略；与传播距离相比，起偏角对偏振度的影响较大，为了使偏振度的相对变化量小于0.01%，起偏角必须控制在0.405°以内。

保偏光纤耦合器在**领域和民用市场应用广泛，但是常规保偏光纤耦合器的带宽较窄，不可能完全满足多种光源的使用要求。为了达到更多用户的使用要求，需要研制一种宽带保偏光纤耦合器。根据熔融拉锥型宽带光纤耦合器的原理和光纤电磁理论，对熔融拉锥的工艺进行了改进，结合多年的保偏光纤耦合器的制造经验，并根据试验事实，实现了常规熔融拉锥型宽带保偏光纤耦合器的制作，对产品进行了测试，带宽参数能够满足多种光源的使用要求，完成了预期研究目标。

介绍了一种基于声光可调谐滤波器(AOTF)的可调谐掺铒光纤激光器。从掺铒光纤放大器的速率方程和传输方程出发，推导出声光可调谐掺铒光纤激光器的输出公式，理论上解释了该环形腔声光可调谐掺铒光纤激光器调谐范围仅决定于掺铒光纤的增益带宽；并在实验中测得该激光器调谐范围为1526.05nm到1560.63nm，这个区间对应着实验所得掺铒光纤自发辐射谱的增益区间，从而验证了理论推导所得结论。

分析了腔平移镜这一引起激光陀螺光路变动的主要因素，旨在揭示腔平移镜影响激光陀螺内部光路的机理及其影响的大小。通过分析计算得出，腔平移镜歪扭引起激光陀螺内部光束通过光栏中心位置时产生的横向位移相当于光栏半径10%～20％的变化。通过搭建光路测试系统，验证了腔平移镜歪扭的变化主要造成了激光陀螺内部光束通过光栏中心位置的变化这一结论，分析了这一变化对激光陀螺性能影响的机理。

鉴于激光微多普勒效应探测运动目标复合振动的重要性，利用离散小波多分辨分析对激光微多普勒效应探测运动目标复合振动的实验数据进行分解，研究不同尺度下的信号特征。将Radon变换与时频分析结合在一起，对实验所得信号在时频域中进行分析，结果表明：时频-Radon变换适合于微多普勒信号的识别，应用该方法能够抑制多分量信号时频分布产生的交叉项干扰，有效地提取微动目标的特征，为目标特征的识别、分类和探测提供了便利。

为提高塞曼激光陀螺精度，分析了塞曼激光陀螺磁的磁敏感特性，指出敏感轴方向是塞曼激光陀螺的最大磁灵敏度方向，该方向为产生磁误差的主要方向。研究了低频磁场屏蔽理论与加工工艺关键技术，结合激光陀螺的环境适应性要求，实现了固态激光陀螺磁屏蔽结构。在三轴磁试验台上进行了陀螺磁敏感性测试，陀螺磁灵敏度值减少到原来的1/1000，实测系数达到2.0(°)/(h?mT)，该值满足中等精度激光陀螺的实用要求。

通过光限幅、Z扫描、非线性吸收和散射能量分布实验，研究了碳纳米管悬浮液对532nm激光的限幅机理以及样品厚度对光限幅机理的影响。结果表明：碳纳米管悬浮液的光限幅机理并非单纯的非线性散射，对低能量入射激光光限幅特性主要源于对入射激光的非线性吸收；对高能量入射激光，碳纳米管的吸收效应和它电离形成的微等离子体以及液体汽化所形成气泡散射效应的共同作用，使其具有较强的光限幅能力，对浓度一定的悬浮液，增加样品厚度虽然会增强其限幅效果，但却会减弱其非线性散射效应。

在完成激光扩束设计后，为了保证投射全程的光斑尺寸要求，需要输出几百甚至上千组镜组位移-束散角的对应数据。基于Isight的实验设计模块，利用code V的命令语句进行快速计算，在不到2h的时间里得出了想要的众多数据，较大地提高了效率，并且由于位移数据都是由软件进行修改，避免了人工操作可能产生的错误。

利用离散偶极子近似方法研究卷云中随机取向六角形冰晶粒子的取向比对散射特性的影响，数值计算了在小尺度范围内随机取向六角形冰晶粒子的散射特征量，包括散射相函数、消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率和线偏振度。研究表明：取向比对随机取向六角形冰晶粒子散射特征量的影响比较明显，并且此影响随着粒子尺度参数的变化而变化，与入射波长无关；相同尺度参量和不同取向比粒子的散射相函数的角分布曲线均有一个交点，并且随着粒子尺度参量的增加，交点所对应的散射角度值逐渐向小角度方向移动。此研究结果为气溶胶粒形检测和识别提供了理论依据。

论述了红外折衍混合消热差光学系统的设计原理与方法，利用衍射光学元件特性进行消热差与色差，设计出工作波段为3.5μm～5.2μm、F数为2、焦距为100mm、全视场角7°，具有100%冷屏效率的折衍混合消热差光学系统。对系统进行杂光分析，理想成像光线的像面辐照度为1.5×104W/m2，其他非成像光线的像面辐照度为2W/m2。该系统在-50℃～80℃的温度范围内成像质量接近衍射极限，适用于像元尺寸为30μm、像元数320×256的致冷型红外焦平面阵列探测器。

鉴于红外光对目标与背景对比度的影响对目标探测、识别、跟踪、红外隐身技术的研究和红外特征的模拟具有重要的意义，建立了自然环境下人工红外光照射地面目标的理论模型。从对比度定义出发，推导出了人工光照时地面目标与背景对比度的一般计算式，并对人工光照时目标与背景对比度的影响因素进行了数值计算与分析，结果表明：在相同条件下，照射距离越近、光照功率越大、光照时间越长，光源对目标与背景对比度的影响越大，对不同距离的光源，随着入射角的变化，投影在目标上的光源对目标与背景对比度的影响大。

为了避免粒子群算法退化和运算量大问题，提出利用修补粒子群算法对红外目标进行跟踪。该算法先用设置粒子的惯性因子对搜索到的红外目标位置进行修正，使粒子的位置达到局部最优点和全局最优点；然后通过粒子群收缩因子限制在边界搜索，消除目标位置的模糊性。利用该方法对空中红外战斗机图像跟踪仿真，结果显示在500次粒子迭代，100次跟踪中误差为2.83%，在最大惯性权值为1.2和最小惯性权值为0.3时跟踪效果最接近真实目标，且边缘最清晰。

快速偏转反射镜作为目标和接收器之间控制光束方向的反射镜装置已广泛应用于天文望远镜、激光通讯、图像稳定系统、自适应光学系统和激光**等系统中。介绍国内外研制快速偏转镜的现状，在此基础上，对快速偏转镜的驱动、控制及检测等关键技术进行讨论，指出实现反射镜机构及其驱动、控制、检测系统的集成化、小型化和智能化是快速偏转反射镜的发展趋势。

用特征矩阵法研究了薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性。研究发现：随着入射角增大，s偏振光透射模和p偏振光透射模的波长逐渐分离，但分离的幅度较小；随着入射角增大，s偏振光透射模的透射率作幅度较大的震荡变化，而p偏振光透射模的透射率变化较小；当入射角以1°/100的间隔变化时，可以在透射模波长不变的情况下，使s偏振光透射模的透射率发生显著变化，而p偏振光透射模的透射率基本不变。薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性可以在角度变化的测量中发挥重要作用。

比较了磁控反应溅射(RMS)法与离子束反应溅射(RIBS)法沉积得到的氧化硅薄膜的光学特性，并确定了其对折射率n、消光系数k、沉积速率和混合工作气体Ar/O2中氧含量的依赖性关系。工作气体中O2含量大于15％时通过RMS法沉积的氧化硅薄膜在0.63μm波长折射率约为1.52～1.55，消光系数低于10-5。当O2含量在80％以上时RIBS方法沉积氧化硅薄膜的折射率n=1.52～1.6，消光系数低于10-5。用RMS沉积SiO2薄膜，当氧气量超过15％时发生反应模式，此时沉积速率下降近5倍。而用RIBS时，沉积速率并不依赖氧气在混合工作气体中的含量。

为从技术层面上提高反狙击能力，通过分析狙击步枪瞄准镜的反射特性，利用线阵CCD捕捉瞄准镜回波信号研制出主动式狙击手光电探测仪。介绍了探测仪的主要指标参数，并模拟实际使用环境验证了其探测效果。试验结果表明：在城市作战中狙击手通常伏击的距离为20m～200m，探测仪可准确探测微光瞄准镜及口径为32mm、40mm、42mm和50mm的白光瞄准镜，且不受镜子和手电筒凹面镜等反射体干扰，但对加装蜂窝板的瞄准镜,当距离大于80m后无法可靠探测。

针对单色脉冲光的退偏振应用，对传统双折射晶体退偏器存在的局限性进行分析，提出了一种新型的双光楔晶体退偏器。此退偏器由2个光轴互相成π4并设计成特殊楔形的石英晶体光楔组成，理论计算结果表明此退偏器能对单色脉冲光完全退偏。基于光学设计软件(ASAP)对所设计的退偏器进行了仿真计算，结果表明经此退偏器退偏后的出射光偏振度P＜0.00126。此退偏器的特点是对于任意偏振态的单色入射光都能实现有效的退偏，也适用于对准单色光进行退偏，且退偏效果与时域无关。

针对关键帧提取方法中一般聚类算法的阈值只能预先指定的缺陷,提出一种基于无监督聚类的自适应阈值改进算法。对视频帧进行区域分割并提取纹理特征，然后根据视频内容的复杂度自适应获取阈值，通过无监督聚类得到视频关键帧。大量不同视频类型的关键帧提取实验表明：该算法简单，无需预定义任何阈值便能有效地提取合适数目的关键帧。