为检测透明容器内表面是否存在污染物, 建立了基于容器壁内表面反射的低相干光干涉测量系统。实验采用宽带低相干半导体激光光源和改进的迈克尔逊干涉仪。将测量臂光路对准透明容器, 并调节参考臂的光程, 使容器内表面反射光的光程与参考臂反射光的光程相等, 并出现干涉现象, 捕捉并记录此动态干涉信号。经 MATLAB软件处理并提取此信号, 根据干涉光强度的不同即可辨别透明容器内是否存在污染物。该检测法可为生物医学、食品质检等领域检测透明容器内表面污染物提供一种方便快捷的新方法。

根据激光光线聚焦状态不同对应被测面上激光光斑形状不同的特点, 通过引入辅助激光束, 分析了调焦 CCD采集的激光光斑图像信息, 进而根据光斑形状及半径等信息确定被测面对焦状态。针对实验中每隔相同离焦距离采集的一系列光斑图像, 提出了相应的图像处理方案, 以提取所需光斑半径信息, 进而进行光斑半径与离焦量转换。实验结果表明, 光斑半径与离焦量呈线性关系, 最大线性范围灵敏度为 2.342像素 /μm, 最高可实现 0.43.μm分辨率。

随着现代社会对信息承载量的需求越来越多, 提出了一种基于双通道的三维效果宿主图像的半色调全息水印方法。该方法利用双通道技术将两幅三维效果宿主图像的半色调全息水印图像合成一幅图, 接着制作成计算全息图, 在重现的时候, 一幅计算全息图能够显示出两幅水印图像。制作成的计算全息图可以增加信息传输中的安全性与保密性, 双通道技术可以增加传输过程中的信息量, 三维效果技术可以在不改变编码效率的情况下增强视觉效果。半色调编码全息水印能更好地提升全息水印的鲁棒性。

为了解决微纳光纤之间的结构稳定性差的问题, 使用 CO2激光作为加热源, 加热两根重叠在一起的微纳光纤, 并在显微镜下观察其熔接情况, 最终将两根微纳光纤熔接成一根, 而且熔接点的光纤表面光滑, 直径均匀。通过 CO2激光加热的方法, 实现了微纳光纤高质量的熔接, 增加了微纳光纤之间的机械稳定性, 使其更容易制作出纳米光子器件。

提出了一种基于监控视频的异常事件识别模型, 该模型可以实时监测视频中的前景目标, 并通过分析目标的运动信息判断是否有异常事件的发生。首先, 采用背景建模的混合高斯算法提取前景目标; 然后, 用金字塔迭代的 L.K特征点跟踪算法得到前景的光流运动信息, 并通过分析前景的面积比例、速度方差、整体熵判断视频中是否有异常事件的发生; 最后, 利用爆炸、人群短时聚集和分散两种异常事件做仿真实验。结果表明, 该模型可以准确提取前景目标区域, 并可以快速、精准地判断监控视频中的异常事件, 可以为管理部门及时发现和控制异常事件提供有效的帮助。

在分析被动层颗粒温度含噪特点的基础上模拟了低信噪比的方波信号, 根据变化规律, 采用 Mallat快速算法分析低信噪比的方波信号, 并根据噪声分布特性设计了用于抑制被动层颗粒温度中干扰噪声的算法。对所设计算法进行仿真实验, 结果表明, 该算法可以最大限度地滤除信号中的噪声。通过搭建滚筒实验装置, 测量滚筒被动层的颗粒温度, 对测量数据进行分析, 有效地测出了内部颗粒温度状态变化, 表明了小波变换能有效提高测量被动层颗粒温度的信噪比。

为了实现波面检定仪无线调节单元的限位功能, 采用限位控制系统来限制电机的位置行程, 并通过 CC2530控制板获取触发限位开关的电压信息以及精密直流电机的限位状态电压信息。实验结果表明, 波面检定仪无线调节单元的限位系统可实现对调节单元的限位控制, 并获取相应的限位信息, 还能使波面检定仪无线调节单元的调节更加准确和有效, 从而可实现对样品面形的精确测量。

设计了一种基于石墨烯动态调控太赫兹泄漏波的调制器件。通过调节石墨烯费米能级的大小, 改变了金属.介质.石墨烯(MIG)超表面结构的共振响应, 从而达到调控太赫兹泄漏波的功能。仿真结果表明: 随着石墨烯费米能级从 10 meV到 60 meV和介质层厚度从 20 μm到 200 μm的变化, 通过优化电控石墨烯 MIG结构最终实现了 35 GHz的频率扫描范围, 并伴有电磁响应状态从过阻尼至欠阻尼的转变; 在过阻尼状态下结构的电磁响应仅存在共振吸收而在欠阻尼状态下具有类电磁诱导透明现象, 使具有这种显著变化特征的电控石墨烯 MIG结构可应用于高灵敏的生物检测中。本器件具有构型简单、调控方便的特点, 在生物分子和材料折射率检测等方面具有广泛的应用前景。

使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构, 使得在光子带隙内的光波被吸收, 并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里.珀罗(F.P)谐振吸收峰结合, 使此结构在 0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收, 并且在 0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件 CST2014仿真和优化参数后, 反射率对应温度变化的变化范围是 0.09～0.36, 即最大值与最小值有 4倍之差, 这一特性表明, 此结构的反射率变化随温度变化十分明显, 是一款十分灵敏的温度传感器。此外, 在入射角不大于 40°时, 结构性能依然良好。

要利用摄像机进行高精度的非接触式测量, 通常在线性模型的基础上采用单目摄像机进行光学标定、成像、校正和测量, 其中常用的针孔相机模型的可靠性及适用范围鲜有报道, 为此对目前广泛采用的线性模型的可靠性进行分析与研究。根据单目摄像机成像特点, 建立基于图像像素坐标与三维世界坐标的摄像机数学模型, 利用自制模板进行视觉测量实验, 并通过亚像素角点检测方法得到图像像素坐标, 在不考虑光学畸变的情况下, 对模板线段进行特征提取和线性度分析, 并不断调整测量距离进行重复实验。实际针孔相机模型测量结果显示相对误差不超过 1%, 在该模型下的重复测量误差最大不超过 0.3 mm, 并进一步提出了该模型在不同区域和不同物距下存在的测量差异。实验结果显示, 线性模型简单实用且在一定物距范围内具有良好的线性度。实验结果为针孔相机模型的建立提供了参考。

二维单频柱面成像系统由于受聚焦深度的影响, 无法对体目标所有散射点进行准确相位补偿。为了解决有限聚焦深度的问题, 提出一种基于图像融合的聚焦增强算法。利用不同补偿柱面的成像结果进行融合处理, 最终获得聚焦图像。通过与原始图像比较, 结果表明, 所提出的方案有效解决了聚焦深度有限造成散射点补偿相位失配而引起的失焦问题。

在动态跟瞄系统中, 获得大小适中、清晰稳定的目标图像是对目标进行跟踪、瞄准的前提条件。为使调焦系统能够在动态跟瞄系统中平滑、灵活、快速地进行调焦, 系统采用凸轮调焦, 应用 MATLAB软件对凸轮曲线进行优化, 使系统的 MTF曲线在 50 lp时数值全部大于 0.6, 像差基本达到平衡, 成像图像清晰, 可满足实际应用要求。通过伺服电机带动调焦凸轮的结构, 使整体结构满足紧凑、轻量的要求, 调节精度为 ±1.1 μm。最终实现了对动态目标的跟踪、瞄准。

光控形变器件以其高响应速度在仿生学领域得到广泛关注。通过静电纺丝的方式, 成功制备出了一种在可见光波段可实现形变响应并恢复的器件。通过在聚氨酯(TPU)弹性基底膜上静电纺丝有序排列的液晶小分子 4.氰基.4'.戊基联苯(5CB)的聚乙烯醇(PVA)纤维膜, 可以使其中的 5CB在吸热后发生相转变并产生体积收缩, 最终带动基底膜实现弯曲形变。通过静电纺丝或涂覆的方式添加光热转换率高的碳纳米管(CNTs), 可以进一步赋予该类器件光控响应能力。结果表明, 制备的器件因其良好的光控形变性能和光控响应性能, 故可作为执行器用于人体仿生学等领域。

制药车间的药物粉尘成为当前一种新的污染源, 其对从业人员的健康有着很大的危害。选用糖尿病药物格列美脲作为研究对象, 通过太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对其纯品制成的压片进行吸收光谱测量, 测量结果显示, 该药物在 0.1～2 THz波段有多个明显的特征吸收峰。将格列美脲生成气溶胶以模拟车间环境, 为了减少水汽的影响, 通过微孔滤膜干燥法和 Nafion膜干燥法分别对其进行干燥处理。结果表明, 与纯品压片的吸收光谱相比, 两种方法都能很好地识别被测物大多数的特征吸收峰, 给制药车间的药物粉尘检测提供了很好的实验参考。

如何快速准确地对食源性致病菌进行检测, 是控制食品安全问题的关键。传统的生化培养方法操作繁琐、费时费力, 无法满足食源性致病菌快速检测的需求。随着光谱技术的发展, 已经建立了不少快速、简便、特异、敏感、低耗的食源性致病菌检测新技术。阐述了食源性致病菌光谱分析的最新研究和发展趋势, 展望了弹性散射光谱技术在单细胞水平实时、快速、无标记自动识别单个菌体细胞的应用, 此平台的搭建将推动食源性致病菌无损检测技术的发展。