太赫兹波能与极性液体的氢键发生强烈的共振吸收作用, 分子极性越大, 吸收作用越强。基于此特性, 在 0.2～1.0 THz波段利用太赫兹时域光谱技术对甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇四种一元醇液体的极性进行检测研究。根据测量得到的四种液体太赫兹波谱数据, 得出了液体的极性与其太赫兹波谱的关系式, 再利用此关系式求得四种液体的计算值。通过对四种液体极性的标准值和计算值比对, 验证了所得液体极性求取公式的有效性。研究结果表明, 四种不同液体的时域光谱因分子的极性差异有显著的不同, 所用的液体极性测量方法能够对液体的极性进行快速有效的检测与鉴别, 可为其他液体极性的检测提供参考。

为了解决基片集成波导带宽窄的局限性, 设计了一种新型的基片集成脊波导 (ridge substrate integrated waveguide, RSIW)结构。该结构在传统的基片集成脊波导基础上采用了不同介电常数的两层介质板, 同时在其两侧还设置了两排周期性排列的空气孔。仿真结果表明: 所设计结构的单模工作带宽达到 10.88 GHz, 相对带宽 B达到了 4.42, 相比其他结构的单模工作带宽和相对带宽分别提高了 57 %和 18.8%; 该结构在整个通带范围内表现出了良好的传输特性, 能够覆盖整个超宽带范围的应用。该设计为解决基片集成波导带宽窄的局限性以及实现紧凑型宽带互连提供了参考。

深度卷积神经网络在图像特征表示方面优于传统手工特征, 将其用于闭环检测时还存在计算时间随着数据增长不断增加的问题。为了解决这一问题, 提出了一种基于 VGG16模型的快速闭环检测算法。该算法使用在 ImageNet上预训练的 VGG16网络模型提取图像卷积特征, 并通过一种自适应粒子滤波方法得到闭环候选帧, 以固定运算时间。在主流的闭环检测数据集 City Centre和 New College上对此算法进行测试, 实验结果显示, 该算法在两个数据集上可以分别达到 92%准确率下 70%召回率和 96%准确率下 61%召回率, 超过了同类算法, 并有效解决了计算时间增长的问题。

针对全波形激光测距中存在的幅相误差问题, 提出一种基于神经网络的幅相误差改正方法。利用非合作目标探测信息, 通过提取回波波形的形状信息、能量信息、梯度信息、对称性信息及距离信息特征参数, 根据皮尔逊相关系数对特征参数进行分级, 建立多回波特征信息与幅相误差改正的神经网络模型以校正全波形激光测量中各通道幅相误差的影响。实验使用 5%、20%、60%、80%标准反射板及激光采集模块在室内对 7种距离进行数据分组采集和处理, 并与传统测量方法进行对比。结果表明, 该方法可以有效减小全波形激光测量中幅相误差的影响, 测量精度提高了 51.2%以上。

高动态范围成像已经成为数字显微镜发展的一大趋势。目前视频级高动态范围显微成像技术由于计算复杂度较高, 还无法做到实时处理和显示。提出利用高清电视领域中的 REC.2020色域变换, 结合 GPU实时加速处理技术, 成功实现了高动态范围显微图像视频流的实时显示, 图像具有良好的色彩还原性和细节恢复性。实验结果表明, 设计的算法不仅能够提供稳定的高清、高动态范围视频, 其细节和色彩还原性也有了很大的提高, 突破了传统的高动态范围图像技术在成像速度和质量方面的限制。

采用淀粉固体粉末进行荧光光谱测定, 并对三维荧光光谱 (EEMs)进行平行因子分析 (PARAFAC), 研究了水稻、高粱、玉米等单子叶作物淀粉的荧光组分特征, 探讨了荧光组分特征与水稻品种的相关性。结果表明: 不同来源的淀粉具有不同的荧光特性, 可作为该物种淀粉的指纹图谱; 籼稻荧光组分的荧光强度明显低于粳稻, 经过单因素方差分析, 可确定籼稻和粳稻的淀粉荧光组分强度具有显著差异, 说明该方法可用于籼粳稻淀粉的鉴别。

在满足光谱性能的同时, 能最大化减小 Czerny-Turner(CT)光谱仪光学系统尺寸, 并防止入射光线与衍射光线发生干涉, 创建了完整的结构参量选定体系。提出了光栅方程的变式, 确定了防止入射光线与衍射光线发生干涉的约束条件, 建立了光路结构的数学模型, 确定了各个结构参量的计算公式。在此基础上将参量的确定过程编程简化, 输入系统的分辨率、波长范围、数值孔径值和元件之间最小距离, 即可直接得到光路结构的所有设计参量, 实现了快速通用的 CT光谱仪的设计方法。通过实例验证得到光谱范围 780～1020 nm、分辨率 0.4 nm、体积 54 mm×56 mm×30 mm的光谱系统, 可为其他设计提供参考。

针对飞切法加工的玻璃元件面形的评价, 研究了小波变换在光学表面低频段和中频段误差的分析方法。采用小波分解变换方法将波前信号的多频率成分分离, 选取小波基 bior2.8, 有效地提取出元件的面形信息, 同时将所需的中频段信息与占主成分的低频信息分离, 得到中频段的特征频率为 0.18 mm.1。该方法避免了频域滤波法所导致的幅频特性失真的问题, 且可以更好地分析波前信号的细节和频率特性。

为了减弱金属基底对表面增强荧光的淬灭效应, 设计了增强效果更好的荧光增强基底。采用化学生长二氧化硅的方法对纳米多孔金 (NPG)表面进行修饰, 避免荧光分子和 NPG表面直接接触引起的淬灭效应, 在 SiO2@NPG表面分别组装上罗丹明 6G(R6G)和辐射中心波长为 700 nm的量子点 (QD 700)。通过探测分析荧光光谱, 可以得出: 二氧化硅包覆的基底可以使表面增强荧光得到显著的增强, 并且二氧化硅厚度对荧光强度有调节作用; 在基底增强量子点荧光信号的同时, 量子点和 NPG之间还出现非辐射的能量转移现象, 二氧化硅的厚度对能量转移同样有调节作用, 厚度约为 5 nm时能量转移现象最显著。本实验为基于荧光能量转移的检测以及设计更好的荧光增强基底提供了参考。

在实际的印刷品缺陷检测过程中, 存在因相机支架的颤动而导致标准印刷图像和待检测图像在空间位置上配准不精确的问题。为此, 在图像去抖动技术的基础上, 提出了一种融合 SURF(speeded-up robust features)和 ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)的运动估计算法。首先, 基于 SURF算法提取标准印刷图像和待检测图像的特征点; 其次, 基于 ORB算法对提取的特征点进行描述和匹配; 再次, 将正确匹配的特征点通过仿射模型来求取全局运动矢量; 最后, 通过求得的全局运动矢量来补偿图像, 并完成待检测图像与标准印刷图像的配准。针对待测图像存在的平移、尺度和旋转三种不同变化, 分别采用 SURF-ORB、ORB和 SIFT(scale-invariant feature transform)的运动估计算法进行了性能分析。结果表明, SURF-ORB的特征点匹配对数量最多, 匹配效果最好, SURB-ORB的运动估计时间控制在毫秒级别, 满足现代印刷品缺陷检测的实时性要求。因此, 融合 SURF和 ORB的运动估计算法能够对图像进行精确、实时的配准。

随着手机拍照要求和性能的提升, 相位检测自动对焦(PDAF)类模组广受关注。由于手动方式测试此类模组测试效率低、测量精度低、工人劳动强度大等不足, 结合实际生产情况, 综合机械设计、机械理论、工程材料等相关知识, 通过理论计算与实际模拟相结合的方式, 设计并制造了 1台三工位自动对焦设备, 其实际生产效率能够达到 210 片/h。为了更好地提高工作效率, 进一步将三工位自动对焦测试设备改造成六工位自动对焦设备, 改造后生产效率能够达到 360 片/h, 测试效率提升了 70%左右。

人乳头瘤病毒 (HPV)基因芯片检测装置可读取与分析 HPV芯片的杂交点信号值, 进而区分不同的 HPV病毒类型, 而检测装置照明的均匀性关系到 HPV芯片图像处理算法的可靠性与难度。为实现均匀照明, 优化了矩形 LED阵列排布并配置匀光扩散板。首先, 分析单个 LED灯珠的辐射强度分布, 建立矩形 LED阵列的理论模型; 然后, 在仿真软件中建立 4行 8列的矩形 LED阵列模型; 最后, 搭建 HPV基因芯片检测装置进行实验测试。实验结果表明, 该照明系统能使 70 mm×20 mm的目标被照面的灰度均匀度达到 95.6%, 满足了 HPV基因芯片检测装置均匀照明的要求。

为了制备高质量氮化硅薄膜, 采用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)进行氮化硅的气相沉积, 讨论了工艺参数对薄膜性能的影响, 验证设备工艺均匀性和批次间一致性。通过高低频交替生长低应力氮化硅薄膜, 并检测薄膜应力, 对工艺进行了优化, 探索最佳的高低频切换时间。研究了 PECVD氮化硅薄膜折射率、致密性、表面形貌等性质, 制备出了致密的氮化硅薄膜。研究结果表明, PECVD氮化硅具有厚度偏差小、折射率稳定等特点, 为其在光学等领域的应用打下了基础。

眼动跟踪是指通过测量眼睛注视点的位置或者眼球相对头部的运动而实现对眼球运动的追踪。介绍了眼动跟踪技术及近年来相关研究进展, 分析了各种眼动跟踪技术原理, 详细比较了各种测量方法的利弊。通过对几种最新眼动跟踪设备特性的比较, 进一步了解国内外眼动跟踪发展趋势。最后介绍了眼动跟踪技术的研究方向, 并对眼动跟踪技术应用前景进行了展望。