为了研究水下热扰动环境对光学成像的畸变、模糊等失真问题的影响，利用水下图像的灰度分布、结构相似性图像度量(SSIM)和归一化最大灰度梯度清晰度评价函数来评价目标图像在径向和轴向上的畸变和模糊等失真程度，得到水下热扰动对光学成像变化的规律。实验数据表明，随着成像系统与目标的轴向距离增加，图像的畸变和模糊程度越来越大。轴向距离L1=500 mm 时，对应图像的SSIM 值优于0.7，归一化清晰度值优于0.8；轴向距离L3=1500 mm时，对应图像的SSIM 值低于0.2，归一化清晰度值不足0.6；此外，轴向距离L1 时，成像在径向上，距离发热源越近，边缘漂移越大，即成像图像畸变越严重；最后，相同轴向和径向条件下，目标在不同时刻的图像SSIM 和归一化清晰度值有优劣，该结论可为后续的水下图像复原提供参考。

针对动态角度测量的成本高及精度低的问题，提出一种基于非合作目标视觉跟踪的光电测量方法。利用安装在被测对象上的光电伺服平台搭载相机和激光测距仪对非合作目标进行实时跟踪和距离测量，根据伺服平台输出的精密角度、非合作目标距离和被测角度之间的转化关系计算出被测动态角度值。研制了基于光电伺服平台的动态角度测量装置，并对其进行了精度标定和误差分析。利用高精度旋转台模拟被测动态角度进行实验，验证了测量方法的可行性。实验结果表明在测量空间11.082 m 范围内，测角误差在±0.09°以内。

本文提出了一种用于实现大视场紧凑型的增强现实眼镜显示器的方法。采用平面波导以及嵌入的窄带负滤光膜来完成图像的传导和耦合。整个光学系统结构简单，并且具有体积小、质量轻的优点。在此方法下，通过建立光线在波导中的几何导光模型，分析了图像传导的约束条件，得到了波导结构的设计参数以及其与显示视场角之间的关系。根据计算结果，制作了一个3 mm 厚的波导耦合器件来进行原理验证。实验结果表明，利用设计的波导元件及搭建的增强现实眼镜显示器的光学系统可以实现虚拟图像的传导以及其与真实环境的融合，测得的显示视场角约为50°。

边缘定位是锂电池涂布测量的关键，但由于生产的震动和纠偏原因，边缘会出现虚化和卷边等现象。为了提高锂电池涂布在线检测的精度和鲁棒性，本文结合锂电池涂布生产的特点提出了边界渐进定位法，实现了边缘的快速准确检测。首先利用跨邻域方向边界检测算子进行初次边缘定位，以提高弱边界的检测能力；再利用局部极值差分算法配合选择性峰值排序获得边缘像素级定位，保证了边缘投影的保峰性和抗噪性，提高了边缘定位的效率；最后，基于分段三次样条边界插值和分段直线拟合方法，实现了边缘的亚像素高精度定位。实测结果表明，算法在直线型边缘上具有较强鲁棒性。

点测量吸收光谱技术以饱和吸收为基本原理，可有效克服可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的线测量缺陷，通过探测光束与一同频的饱和光束交叉来提取交叉位置点处的信息，实现具有毫米级空间分辨能力的点测量。本文对点测量吸收光谱技术进行了详细的理论分析，推导了饱和光束和探测光束在任意交叉角度下的饱和吸收系数，分析了饱和参数对吸收信号的影响。同时提出了一种针对微弱吸收信号的调制方法，推导了饱和光束在高频正弦调制下的探测光一次谐波表达式，并通过数值计算得到了验证。研究还表明，不同阶次谐波信号具有相同的半高宽，并且与无调制时的吸收信号半高宽一致，因此利用多次谐波叠加可进一步提高谱线宽度测量的信噪比。

隧道能见度与行车安全有重要关系，对隧道能见度进行实时监测可以为隧道通风换气提供有力依据。基于透射法能见度检测原理，设计并搭建了一套能见度检测系统用于隧道能见度的自动检测。检测系统主要由激光二极管、分束器、硅探测器和信号处理单元等部分构成。采用高响应度硅探测器并设计了跨阻抗放大电路以满足在低能见度下测量需求。两硅探测器分别检测经光学路径衰减前后的光强并输出对应的光电流，信号处理电路对探测器两路输出进行放大滤波和A/D 转换后，反演出消光系数。使用固定透过率滤光片模拟隧道环境，在实验室环境下对该检测系统性能指标进行测试。实验结果表明：消光系数测量范围3.37 km-1～118.82 km-1，最大相对测量误差为8.4%，稳定性优于0.12 km-1。

卫星云图能从多角度展示各类云系特征及其演变过程，实现基于内容的云图检索在天气实况监测、气候研究等方面具有重要意义。为了优化云图的组合特征，增强其组合特征的泛化能力，本文提出一种结合稀疏表示和子空间投影的特征优化方法。首先分别提取云图的颜色、纹理以及形状三种特征，并对其组合特征进行转换分块；然后对每一块的特征进行稀疏表示，根据不同原子的方差来分组特征，得到显著特征和非显著特征；最后由分组特征的能量来计算得到子空间投影矩阵，将初始的组合特征在投影矩阵上进行投影，得到优化后的云图特征。实验结果表明，本文优化云图特征的方法在查准率、查全率上均优于常用的降维方法和云图检索技术，对组合特征具有较强的优化能力，在实时检索过程中时间复杂度低，是一种全新的检索方法。

薄膜晶体管光刻制程中，光刻胶光刻平面位置是决定光刻图形质量的关键因素。为了在光刻机最小分辨率条件下改善光刻图形质量，本文从光刻胶内反射光线的反射特点出发，以减小光刻胶内反射光线对非光刻区域的光刻光强及增加光刻区域的光刻胶底部光刻光强为基础，推导出光刻光线倾斜入射光刻胶平面时，光刻胶光刻平面位置调整量的计算公式，并以该公式计算出的调整量对光刻胶光刻平面进行调整。结果表明：对于最小分辨率为3.0 μm 的投影光刻机，进行线间距为2.2 μm 的产品光刻时，以该公式计算出的调整量对光刻胶光刻平面调整后，较未调整前，光刻图形坡度角提升了13.3%，光刻胶线宽或线间距宽度(DICD)均一性改善了14.7%，光刻图形光刻胶残留得到解决。

为了提高Ga2O3 基日盲紫外探测器的性能，本文使用分子束外延方法对β-Ga2O3 薄膜进行Sn 掺杂，并制备成MSM 型日盲紫外探测器。结果表明，Sn 掺杂可以改变薄膜晶体结构，使氧化镓薄膜由单晶向多晶相转变。同时，Sn掺杂紫外探测器的光电流和响应度相比于未掺杂器件产生了较大的提升，在254 nm、42 μW/cm2 紫外光照下，Sn 源温度900 ℃制备的薄膜探测器响应度为444.51 A/W，远高于未掺杂器件。此外，器件的-3 dB 截止波长从252 nm 调整到274 nm，表明Sn 掺杂可以有效调控紫外响应的波长。Sn 掺杂也会引入杂质能级，导致器件时间响应特性变差。

针对现有的红外光强与偏振图像融合中融合有效度度量稳定性低且不符合人类视觉系统的问题，通过比较常见的基于距离度量的三种融合有效度函数化度量方法，分析比较了多种融合算法对差异特征融合有效度分布的稳定性；通过统计十组源图像的差异特征幅值区间中出现最优融合算法的频次，从而得出每种差异特征的最优融合算法，进而得到了余弦相似性为一种稳定性高且与人类主观观察结果更符合的融合有效度的度量方式。实验结果表明，在多种融合算法的融合有效度度量的融合效果中，余弦相似性具有高稳定性且与人类视觉分析有良好的匹配性。