在大截面传像束前置光学系统设计中,采用“负-正”型式的像方远心光路结构,在像差校正过程中引入偶次非球面和弯月形厚透镜,可较好地解决镜头轴外像差校正与像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化。通过理论计算和优化,给出工作在660 nm,焦距f′=1.22 mm,相对孔径D/f′=1∶3,视场角2ω为60°的镜头设计实例。设计结果表明：该镜头各视场在40lp/mm空间频率处的MTF值超过0.8,全视场畸变小于0.05%,场曲低于50μm,像面照度均匀,像质优良,满足像方远心光路要求,可用于实际观察和测量。

狭缝式调制传递函数测试系统可以测试光纤倒像器的调制传递函数,但由于测试过程中较多的人工参与,使得调制传递函数测试结果的重复性较差。针对影响光纤倒像器调制传递函数测试重复性的数据采样、积分时间以及人眼疲劳特性进行了分析,给出了针对数据采样和积分时间的解决方法,针对人眼疲劳特性提出了基于人眼时间递增因子的加权修正方法。对6块光纤倒像器的调制传递函数进行了三批次测试,并对测试结果进行了直接校正和加权修正的比较,结果表明：加权修正较好地解决了测试重复性问题,被测6块光纤倒像器加权修正后的调制传递函数最大重复性偏差不超过7%。

针对装甲装备典型故障诊断操作复杂及缺陷检测效率低下等问题,将国外装备维修中广泛应用的红外热波技术引入到装甲装备维修过程中。简要介绍了红外热波技术的基本原理及特点,系统分析了信噪比和热激励2个因素对检测效果的影响,并成功实现了装备发动机动力不足的故障诊断和装甲板裂纹的缺陷检测。试验结果表明：该技术能够在不解体的情况下实现发动机动力不足故障的准确定位,同时能够在3.5 s之内实现装甲车底板裂纹等缺陷的快速检测。

为了解决光学系统投影厚度过大问题,采用自由曲反射面结合非球面设计方法设计出超短距离、超广角投影显示系统,其屏幕投影距离小于20 cm。为解决激光色域系统转换,建立了激光三基色与荧光粉三基色色域变换与扩展的理论模型并搭建了基于DSP高速图像处理芯片为核心的颜色变化实时硬件处理试验开发系统。通过该系统可以调试不同颜色系统转换算法,验证转换模型的正确性,并为实现专用颜色转模块提供了开发平台。

针对成像型反舰导弹所获红外图像的特点,分析了舰船目标和海天背景的红外辐射特性,得知舰船目标红外图像有一重要特征-海天线,它可以确定目标的所在区域。为了舰船目标的跟踪定位,对舰船目标红外图像中的海天线特征进行研究,提出一种基于预处理和直线拟合法提取海天线特征的算法,首先对图像进行边缘检测得到梯度图像,进而二值化并细化,最后利用Hough变换提取海天线。结果表明,在低对比度和有云团干扰的情况下,该算法与改进的直线拟合法相比,能够有效地、准确地提取舰船目标红外图像中海天线特征。

针对某小型化激光陀螺,对基于TMS320F2810数字信号处理芯片(DSP)的激光陀螺交流抖动稳频回路设计及其参数整定进行了理论分析、Matlab数值仿真和实验研究。TMS320F2810这款芯片具有集成度高、处理速度快、功耗低和性价比高等突出优点,有利于实现激光陀螺控制系统的小型化。基于这款DSP芯片实现了某小型化激光陀螺的交流抖动稳频回路的软、硬件设计,使用衰减曲线法得到了该型激光陀螺经优化后的PID控制参数(Kp=0.048,Ki=0.059,Kd=0.013),并根据国军标对稳频回路进行了实验验证。实验结果表明,稳频控制回路经过PID参数整定后,该小型化激光陀螺的零偏稳定性从0.025°/h降到0.014°/h,该稳频控制回路在目标型号激光陀螺上满足预期的性能指标要求。

随着纳米科学的迅速发展,对纳米计量技术也提出了更高要求。目前,纳米计量技术已经实现在几十微米量程范围内具有亚纳米甚至皮米量级的测量分辨率。回顾了现在主要的纳米计量技术,包括激光干涉仪、差拍F-P干涉仪、X射线干涉仪、光学+X射线干涉仪、基于频率测量技术和光频梳技术等,介绍了其工作原理、技术特点、应用范围及其最新研究进展。

针对光学系统在实际应用中与载体坐标系协调的问题,将光学系统基准面放置于站心地平坐标系水平面上并摄取星图,对星图处理获取星像坐标,应用天体自动辨识技术和恒星视位置计算技术得到对应天体的赤道坐标,以天顶点为原点建立天球切平面基准坐标系,把星体赤道坐标转化为所对应的基准坐标,利用天顶点切平面与站心地平坐标系的对应关系,将天体基准坐标转换为站心像平面坐标,建立星体站心像平面坐标与星图像平面坐标的标定方程,解算光学系统综合标定参数。实验结果表明：标定精度达到角秒量级,实现光学系统像平面坐标系到载体坐标系的高精度转换。

在傍轴近似条件下建立了OPO的数学模型,通过引入三波混频中时间与空间关系,采用分步傅里叶算法模拟了纳秒级脉冲和连续光波在谐振腔内的三波混频过程。理论模型中考虑了不同频率光波之间的色散关系,可以在高转换效率情况下分析不同泵浦脉冲功率、脉冲时长、腔镜透反射比以及不同种子光输入等情况下的输出波形、功率以及OPO阈值等特性。实验中采用掺杂MgO的周期性极化铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)为非线性介质,在输入1.06 μm泵浦激光脉冲能量为0.4 mJ时,产生3.8 μm闲频光超过0.07 mJ输出,与数值模拟结果0.08 mJ较为符合。

针对一般粒子滤波算法容易受到相似背景干扰和遮挡影响的问题,提出一种新的融合反馈的改进粒子滤波跟踪算法。该算法将最近的观测信息融入建议分布函数,便于粒子搜索目标最可能的位置,根据相对位移的变化自适应调整跟踪窗口尺度的变化,降低了计算的复杂度,一定程度上保持了粒子的多样性。实验结果表明：该算法有效地解决了遮挡、相似背景混乱以及目标尺寸变化问题,整体跟踪性能优于粒子滤波算法。

提出一种在四步相移数字全息中消除随机相移误差及CCD噪声的方法。通过多次重复四步相移数字全息的实验过程,使得每一步的相移都有多幅全息图像与之对应,把每一步对应的多幅全息图像进行数学平均就会得到4幅全息均值图像。理论分析表明,使用这4幅全息均值图像进行数字全息的重建,可以得到精确的物光波的分布,有效地消除随机相移误差及CCD噪声的影响。计算机模拟结果表明：该方法有助于提高数字全息重建光场质量。

混合高斯模型方法被广泛应用于运动目标检测,但是现有的混合高斯模型方法在应对噪声和光照突变时效果不佳,其运动目标检测的效果会受到严重影响。为了解决上述问题,提出了一种结合边缘混合高斯模型方法以及改进的基于邻域差方法的综合方法。该方法充分利用了边缘图像对于噪声和光照突变不敏感,以及邻域差方法可以去除部分噪声的特点,对图像序列进行综合处理。实验结果证明,该方法可以提升运动目标的检测率,降低误警率,可以更有效地应对噪声和光照突变的干扰,从而具有更准确的目标检测效果。

管道作为工业生产重要的传输手段其内表面腐蚀程度和瑕疵的精确检测对于保证安全生产具有重要意义。针对管道内表面圆结构光视觉检测,提出了一种基于共面参照物获取圆结构光视觉传感器标定特征点的新方法。该方法设计了圆结构光平面靶标,基于交比不变原理,以摄像机三维坐标系为中介,将多个局部世界坐标系下的标定特征点统一到全局世界坐标系中,得到位于圆结构光曲面上的非共线标定特征点的三维世界坐标。该方法降低了标定设备的成本,简化了结构光视觉传感器的标定过程。标定实验精度达到0.340 mm,标定结果表明,该方法切实可行。

为了解决现有方法在获取光照是否为直射光且强度是否达到或超过一定值这两个光照信息时存在的问题,提出了一种基于计算机Matlab程序的图像处理,从光照形成的光影图像中自动获取上述光照信息的方法。分析了光影图像的特征与光照信息的关系,在实验室条件下拍摄了网格光影图像;用Matlab语言设计了处理程序并应用于获取该光影图像对应的光照信息。结果表明：该方法能较准确地自动获取光影图像的特征值及实际光照信息,且程序运行稳定,避免了现有方法的不足。

针对现有算法大多对单一高斯噪声或脉冲噪声进行图像滤波的问题,在对二维图像平滑去噪的过程中,采用基于中值滤波和提升小波变换相结合的图像去噪方法。在中值滤波基础上,构造基于脉冲检测的中值滤波器,找出混合噪声中脉冲噪声并进行滤波;与此同时,对原始小波进行提升,构造提升小波,然后采用提升小波阈值去噪方法抑制高斯噪声。实验结果表明：采用本文方法,混合噪声得到有效抑制,去噪效果好。

针对动态环境下运动目标检测中噪声多、目标检测不完整等情况,提出了一种基于金字塔多分辨率模型的运动目标检测方法,在低分辨率下获取目标的区域,在高分辨率下获取目标的细节。对于复杂的环境,还提出了运用高低双阈值替代传统的单阈值进行图像差分运算的方案,阈值可以根据图像自动分析得到。该方法首先将当前帧和背景帧进行尺度变换,得到不同分辨率下的图像组,然后在不同尺度下得到高低阈值差分图像,最后从高层向低层进行有效融合,得到噪声少的完整目标图像。实验表明,该方法提取运动目标的精度比较高,单目标达到0.802,多目标达到0.615,尤其是在复杂的动态环境下,优势比较明显。

成像跟踪制导中,相关跟踪技术占有重要的地位。基于联合变换相关的目标跟踪方法,使用图像序列的相邻两帧图像依次进行相关运算,提取相关结果中互相关峰的位置和相邻两帧图像时间间隔等信息,即可得到目标位置、方向和速度的变化情况。计算机仿真实验结果表明：该算法有效地解决了传统相关跟踪算法中存在累积误差和容易使目标漂移出其参考模板的问题,可以实现稳定跟踪。

针对现有立体匹配算法匹配速度的不足,提出一种基于区域约束的快速立体匹配算法。选取4对稳定的特征点作为初始匹配点对,在左右图像中分别构建四边形,然后将四边形划分成4个三角形,以每个三角形对为待匹配区域,利用仿射不变性进行区域内特征点匹配。获得特征点匹配对后,再以每个特征点为中心进行开窗,利用传统的基于灰度信息的方法进行精度验证。实验表明,该算法在保证一定精度的情况下能获得较高的匹配速度,可满足实时性要求。

光栅平视显示器的畸变严重影响对目标的观察、定位、测量与分析, 其定量测量是装配调试过程中亟待解决的问题。结合光栅平视显示器工作原理及其畸变产生原因,利用光电测量技术对光栅平视显示器的畸变测量进行了深入研究。针对不同原因引起的光栅平视显示器畸变建立畸变测量系统,并对其探测器进行标定;利用标定后的CCD探测器实现对光栅平视显示器的畸变测量,并对其畸变测量不确定度进行了分析。实验表明,该畸变测量系统测量光栅平视显示器相对畸变的测量不确定度为0.5%。

针对条纹投影术对简化系统模型、降低运算量并有效抑制误差扩散等要求,提出并构造了一种基于同心圆光栅的广义远心三维测量系统。该系统利用菲涅尔透镜与投影仪产生平行光线建立线性投影模型,降低运算复杂度,利用傅里叶变换得到经物体高度调制的初始相位信息,同时结合同心圆光栅标定技术的并行运算,通过逐点计算获取真实相位。全过程只需对一个系统参数进行标定,并且摆脱解相过程,有效抑制了误差扩散。对最大高度20 mm的物体进行形貌测量,最大误差0.23 mm,相对误差仅为1.15%。

中国计量科学研究院引进了高温黑体BB3500M作为新的光谱辐射照度基准光源。黑体BB3500M包括辐射腔体和温度反馈系统。辐射腔体由一系列高温热解石墨环组成,可以加热至3 500 K。在光谱辐照度测量中,高温黑体的性能参数和温度测量至关重要。对于黑体的性能参数,着重考察了黑体温度的稳定性和腔底温度的均匀性。在将高温黑体的光谱辐射照度传递给工作标准灯时,黑体的温度可能发生改变。实验观测了一小时内黑体的温度漂移情况。当高温黑体加热至3 016 K时,采用温度反馈系统的BB3500M稳定在±0.3 K。实验光路中设置了限制光栏,用于屏蔽来自黑体腔壁的辐射。黑体腔底辐射环的温度均匀性优于0.2 K。在温度测量中,2 473 K以下的温度可以直接溯源到中国计量科学研究院热工处,对于更高温度的测量需要进行温度延伸。文中从普朗克公式出发,通过多波长亮度比较法进行了温度延伸。实验先在低温区进行延伸证实了方法的可能性,然后进行了高温区的温度延伸。

为实现光学透镜曲率半径的快速准确测量,设计了一种基于自动对焦技术的非接触式透镜曲率半径测量方案。测量系统分别在被测透镜表面的顶点位置和曲率中心位置自动对焦,系统所记录的两个位置之间的距离即为曲率半径。针对透镜曲率半径检测应用,对自动对焦技术进行了改进：将连通区域提取技术应用于定位目标图像,提高了清晰度评价函数的灵敏度;利用均值比较法和三点法改进了传统爬山搜索策略。实验结果表明：基于自动对焦技术的透镜曲率半径检测是有效的,测量误差低于0.196%,测量重复性好于0.109%。该方法已经成功应用于透镜曲率半径测量仪。

该文指出了在光学玻璃折射率测量中目前使用的气压修正公式在折射率精密测量中的不适应与缺陷。并从空气折射率的最新计算公式入手,着重研究和提出了新的环境条件修正公式。指出在不同测试精度和不同测试条件下应采用不同的修正公式。

针对陶瓷制品烧结过程中的在线温度检测,引入了比色测温方法。根据比色测温的原理构建了比色测温系统。提出了系统关键参数比色波长、发射/转化率的确定方法,其中重点分析和推导了波长与能量、灵敏度的关系。根据陶瓷烧结过程特点搭建了样机,并进行了测试,结果表明在1 300 K～2 000 K范围内测温误差小于10 K。

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10＂CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6, 工作距离从∞～5 mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125 lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4 μm,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204 mm,最大镜头口径小于4.6 mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。

阐述了基于CCD技术的星敏感器的工作原理,及其在航天定位中起到的作用,从而引出星敏感器的地面标定技术,这就需要用到恒星模拟器对星敏感器进行标定。针对恒星光源的两个基本参数,分别提出了恒星色温模拟方法和星等模拟方法,研究了星模拟器系统的具体实现,主要设计了电光源、波段光强控制器、星等控制器等。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并得出了实验结果。实验结果表明,本系统具有较高的可靠性,在峰值光谱范围为350 nm~950 nm的情况下,可模拟星等范围0~+6.5MI,可模拟星体等效黑体温度为：2 600 K、3 600 K、4 300 K、5 000 K、5 500 K、6 000 K、6 800 K、7 600 K、9 800 K,相对强度误差优于±0.10。

为了节省冰洲石晶体材料,并实现两束偏振光的平行输出,采用冰洲石与光学玻璃组合的方法,给出一种双反射形式平行分束偏光镜的新设计。该棱镜为ZBaF3玻璃中间加冰洲石晶体薄片的三元结构,采用溴代萘胶合;选择合适的结构角,令电矢量振动方向相互垂直的两束偏振光分别在前胶合面、后端面发生全反射,并垂直上端面平行出射。实验测试表明,棱镜的透射比高于80%,消光比优于10-3。该设计在节省冰洲石晶体前提下,保持了良好的性能。

中国巨型太阳望远镜(CGST)采用共轴格里高利光学系统,主镜直径8 m,焦比为1。热光栏是中国巨型太阳望远镜(CGST)的一个核心结构,安装在主焦点位置,热光栏反射掉大部分热量(约为29 kW),但是本身也会吸收一小部分热量。对热光栏结构进行设计,运用TracePro软件模拟分析太阳中心观测,太阳边缘观测,内冕观测和超出范围观测4种情况下太阳的辐照度分布,并计算得出了热光栏各部分的辐射分布,为设计后续的冷却系统提供了数据参考。

复杂背景下低信噪比弱小目标的检测是红外预警系统中的重点和难点。为解决红外图像中杂波干扰多、目标信噪比低等问题,提出一种非线性空间滤波的目标检测方法。该算法在传统线性空间滤波算法的基础上,通过对预测点周围4个象限的背景灰度值进行计算,并动态地调节阈值,以达到突出小目标的目的。试验结果表明：当背景包含较多复杂因素时,采用非线性空间滤波的检测方法可有效地抑制杂波,实现弱小目标的提取,与线性滤波算法结果相比较,虚警数降低了3/4,且易于工程实现。

红外波段可以探测到足够多的星体用以导航。恒星-背景对比度是白天恒星探测时的一个重要指标,分析近红外波段,6星等恒星对比度随太阳天顶角、探测器高度和探测方位角的变化情况。结果显示,恒星-背景对比度随太阳天顶角近似于指数增长,40°太阳天顶角时对比度是20°时的2.69倍左右;一定高度时,对比度随探测器高度的增加近似指数增加,低于15 km时对比度仍小于3, 80 km时对比度达到60左右;随着探测方位角的增大,恒星-背景对比度基本上线性增大,30°探测方位角时的对比度是0°探测方位角时对比度的2.38倍。

根据表面波声光效应的原理,提出了一种低频水下声信号的激光探测技术,并建立了实验装置。在几十赫兹的低频段,对水下声源所产生的表面声波进行了探测。实验过程中,利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描分析,得到了衍射图样中条纹的像素差。根据波长与条纹间距的解析关系式,得到了低频液体表面声波波长,其大小在毫米量级。利用计算机编程,根据最小二乘法拟合色散关系的回归曲线,测量结果与理论色散关系吻合。该方法具有实时、非接触的特点。

利用拉曼-瑞利-米激光雷达对南京北郊雾霾气溶胶进行观测和分析,并和气象预报相比对。2009年12月2日进行了长时间连续的观测实验,分析比较2009年12月2日观测的雾霾激光雷达距离矫正信号和2011年1月10日南京北郊晴空大气边界层气溶胶激光雷达距离矫正信号的区别和特征。实验结果表明：2009年12月2日10：00至19：00观测出现雾霾,激光雷达观测到雾霾出现的时间段和当天南京气象预报相吻合;南京北郊雾霾出现在低空300 m左右,厚度大约为700 m,大气边界层气溶胶出现的高度为1 000 m左右,厚度大约为1 500 m。

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。

为了实现窄脉宽、高峰值功率2.12 μm激光的稳定输出,设计了基于侧面泵浦Zig-Zag 板条产生1.06 μm基频光,进而泵浦KTP晶体通过II类相位匹配产生2.12 μm激光的光参量振荡实验。对外腔及内腔进行了实验研究,分别获得了1.53%和2.86%的电光转换效率。在20 Hz频率下内腔2.12 μm输出能量达到70 mJ以上,脉宽7 ns~9 ns。其中内腔实验中能量输出稳定度接近8%。

光纤入射光束的角度和位置的变化对光纤出射光束的远场光强分布有较大影响。通过分析光纤出射光场的光强分布,研究了斜光束的偏轴角对光纤出射光场的影响。光纤耦合理论说明光纤的宏弯曲会使光纤内部模式相互耦合,根据这一原理设计一种能使光纤宏弯曲并以此来改善光纤出射场分布的机械扰模器。在实验中,对不同偏轴角入射及处于不同扰模程度的光斑进行中值滤波、高斯拟合等处理,得到光斑的径向光强分布曲线、高斯拟合度、不同出射焦比范围的能量变化等参数,以此分析机械扰模器的扰模效果。