为解决微电子机械系统(MEMS)器件三维尺寸高精度测量的难题，研制了一种适用于微纳米三坐标测量机的新型高精度三维接触触发式探头。该探头只用了一个基于四象限感测器的二维角度传感器即可同时实现对测球三维运动的高精度感测。介绍了探头的结构和原理，建立了探头的灵敏度模型和刚度模型，用最优化方法得出了探头结构参数的最优解。对探头的刚度、感测范围、灵敏度、稳定性及触发重复性等性能指标进行了测试。实验结果表明：探头的刚度在三轴方向基本相同 , 约为 1 mN/μm；允许触碰范围超过 12 μm；灵敏度大于 0.5 mV/nm；在恒温环境 (20±0.025)℃下，1.3 h内的位移漂移量约为 20 nm；触发测量重复性小于 40 nm(K=2)。该探头具有精度高、测力小、体积小、成本低、装调方便等优点，可被用于微纳米三坐标测量机。

提出了一种长周期光纤光栅 (Long Period Fiber Grating，LPFG)-布拉格光纤光栅 (Fiber Bragg Grating，FBG)多波长解调方法。 FBG能够反射 LPFG透射光，FBG中心波长的漂移会引起反射光功率的变化，进而改变光电转换电压，从而实现电压对中心波长的解调。由于 LPFG的带宽很宽，而 FBG的带宽很窄，进而一个 LPFG可以实现对多个 FBG的解调。实验结果表明： FBG的中心波长和光电转换后的电压有良好的对应关系。该解调方法结构简单，测量精度高，能够实现对温度、应力等参数的多点测量。

设计了一种基于介质膜结构的空芯光纤化学发光传感器。建立了多层膜空芯光纤非子午线几何光学传输模型，对其损耗谱和发光特性进行了仿真分析，并考虑了介质膜界面粗糙度、介质膜厚度等相关参数对化学发光及传输特性的影响。改进了溶胶 -凝胶酶基敏感膜的制作工艺，提出了分离镀膜法，并对敏感膜厚度进行了实测分析。搭建了基于介质膜空芯光纤化学发光传感器的检测系统，对过氧化氢浓度进行了实际测量。结果表明，基于本传感器的系统，得到了 22.8 nW/(mmol·L-1)的灵敏度以及 3 μmol/L的检测极限。实现了近 200 h的使用寿命。且操作简单，反应快速，可小型化，可应用于环境监测，生物分析等领域。

针对用 Allan方差方法进行随机误差分析时平均时间只能达到数据长度的一半，以致长相关时间下估计值的置信度较低的问题，本文提出运用高置信度的混合理论方差 (TheoH方差)对光学陀螺进行分析。该方法结合光学陀螺的信号特征，通过改变混合点位置对偏差补偿函数进行改进，提高了估计准确度。运用多种方差估计算法对仿真信号以及光学陀螺实测数据进行分析。实验结果表明， TheoH方差辨识结果和实际的幂律谱噪声特性一致，且具有比 Allan方差更高的估计精度。

为解决分布式拉曼光纤传感系统中光纤损耗及变化带来的测温误差，提出一种带温控光纤环校正双端注入环形结构的解决方案。该方案从光纤两端分时采集得到反斯托克斯拉曼散射信号相乘并进行几何平均，消除了波长相关损耗和局部损耗带来的影响，并利用温控光纤环实时消除光纤损耗变化带来的测温误差。系统还可在传感光纤断裂后瞬时切换成单端注入模式对整条传感光纤进行温度监测。实验结果表明，系统在 15 ℃ ~210℃的温度范围内得到 0.9 ℃的测量精度。

抑制数字全息中相干噪声可以获得更高质量的数字全息再现图像。本文提出一种结合双边滤波和小波邻域阈值的数字全息相干噪声抑制方法。对再现像进行小波变换，利用小波邻域方法对高频分量小波阈值去噪，对低频分量做双边滤波处理，最后做小波逆变换得到去噪再现像。通过仿真分析将该方法与中值、均值、维纳滤波等方法进行了比较，去噪后所得图像的峰值信噪比提高了 0.4 dB ～2 dB，与原始图像的相关性更高。利用全息实验数据验证了方法，结果表明本文方法能够有效抑制散斑噪声，同时更好的保留再现像的细节信息。

为了增强医学图像融合质量，提出了一种基于平移不变剪切波(SIST)和压缩感知的CT 和MRI 图像融合方法。首先，将源CT 与MRI 图像经过SIST 分解后得到低频子带和高频子带；其次，对低频子带，提出了一种结合新的改进空间频率、改进的区域加权能量和局部区域相似匹配度的融合规则；对于高频子带，提出了一种基于自适应2PCNN-CS 的融合规则；最后通过SIST 逆变换得到融合图像。实验表明：本文方法在客观指标和图像视觉效果上都优于传统的CT 与MRI 医学图像融合方法。

载体平台在行进间的振动会导致光电全景成像系统采集的图像发生几何畸变。为了校正图像，本文提出了一种基于惯导信息的图像校正算法，该算法首先采用基于惯导信息的图像坐标转换方案，得到了校正后图像与原图像坐标点的对应关系；然后通过基于边缘导向的插值法，确定了校正后图像中各像素点的灰度值。实验表明，该算法可以有效实现光电全景成像系统的图像几何校正，并抑制了图像的边缘模糊效应，提高了图像复原的效果。

针对常规 CT系统中 X射线是连续宽能谱而导致重建图像中衰减特性相近组分对比度较低的问题，论文提出一种分解多电压 X射线图像序列获取新投影的方法，用新投影重建的图像有效地提高了对衰减特性相近组分的区分能力。该方法依据 X射线成像规律，将各电压下图像看作多个窄能谱图像的叠加，借鉴非负矩阵分解，以分解的误差平方和最小为目标对多电压 X射线图像分解。用硅铝材质的圆柱体实验，新投影重建的图像相比直接重建图像，硅与铝对比度明显提高，表明了方法的有效性。

本文针对 3D图像压缩过程产生的块效应，提出了一种基于联合字典的 3D图像去块效应方法。该方法主要包括字典训练、字典联合和去块效应三个阶段。在字典训练阶段，采用字典学习方法分别训练得到过完备的彩色字典和深度字典；在字典联合阶段，根据测试图像的稀疏特性和构造的彩色和深度字典，求出对应的彩色与深度联合字典；在去块效应阶段，通过估计重构误差阈值，并根据联合字典对图像进行去块效应处理。实验结果表明，本文提出的方法能够有效地去除编码图像的块效应，且得到较高的虚拟视点绘制质量。

采用时域有限差分方法研究了纳米狭缝的宽度，圆孔半径、矩形的长和宽对纳米狭缝耦合金属圆 -矩形复合孔阵列结构增强光透射特性的影响。研究发现该结构与圆孔阵列、圆 -矩形复合孔阵列两种结构相比较，光的透射率得到了显著的增加，这表明本文提出的纳米狭缝耦合金属圆 -矩形复合孔阵列结构中的表面等离激元和局域表面等离激元两种模式相互耦合起了关键作用。纳米狭缝宽度是影响光透射的主要因素，纳米狭缝宽度为 55 nm时，透射率达到 89%，半宽度达 129 nm；圆孔半径、矩形孔的长和宽、周围环境介电常数等参数也影响透射率与共振峰位置：随着圆孔半径、矩形孔宽度的增大，透射率明显增强，同时共振峰蓝移；随着矩形孔长度和周围环境介电常数的增加，共振峰有规律的红移。

本文提出一种基于距离图像中值和双边组合滤波的曲面光顺方法，适用于激光扫描成像系统。该方法充分利用激光扫描成像系统输出的距离图像所包含的空间拓扑信息，结合双边滤波思想在曲面光顺应用中的优势与不足，采用二维处理方式实现曲面光顺，能最大程度保持曲面原形，同时大大降低了计算复杂度。实验结果表明，该方法能有效实现曲面光顺，且相比于传统算法有8 倍以上的速度提升，更能满足实时性要求。

多源遥感影像融合中，通常不同地物区域对光谱特征和空间细节信息的要求有所不同。针对该特点，提出了一种 IR(自适应半径搜索 )显著性分析模型，实现了对多源遥感影像显著性区域和非显著性区域的识别与划分。结合 HIS与小波变换融合算法，提出了改进的自适应平均梯度加权 HIS融合方法，实现了对道路、农田、居民区等显著性区域的融合，更好的保留了其丰富的空间细节信息；同时提出了 HIS+WT变换的融合方法，实现了对山地、林地等非显著性区域的融合，保留了较多的光谱信息。以此实现了分区域的自适应遥感影像融合。实验结果表明，本文方法能够使融合后的遥感影像既能保持较高的空间细节表现能力，又能很好地保留其光谱信息。对农业科学、森林规划以及今后森林遥感影像分类、识别等研究提供了一定的理论基础与应用价值。

针对窗口自发辐射对于红外探测器系统性能产生的影响，利用 ASAP软件对红外探测器窗口的自发辐射进行仿真，仿真结果以在探测器前方等效黑体辐射的方式呈现，同时红外探测器在不同温度黑体的辐射下进行实验，得到真实的等效黑体辐射。通过两种仿真结果与实验结果的对比，分析了当红外探测器探测不同温度时，两种仿真方案与实际真实值的误差，最终确定方案二适于仿真红外探测器窗口。方案二同时也可以为其他透明光学组件自发辐射的仿真建模提供参考。

在传统红外图像非均匀性校正方法中，探测器均处在常温环境下，当探测器的环温在一个较宽的范围内变化时，这些方法的校正效果便会恶化、不适应。针对此问题，本文在原常温多点标定法的基础上提出了一种基于曲面拟合的校正方法，把原先标定曲线加上探测器环温维度扩展成标定曲面。随后的纵向对比实验和横向对比实验表明该方法能够显著降低非均匀性，并能适应环温变化的情况。