肿瘤一直威胁着人类的健康, 大多数肿瘤患者死于转移性瘤而非原发性瘤。循环肿瘤细胞(CTC)是肿瘤转移的重要标志, CTC的检测可以用来监控肿瘤的转移情况及预后评估。在体光声流式细胞术(PAFC)利用CTC与血液背景的光吸收差异可以实现CTC的在体检测。相比于传统的CTC检测方法, PAFC可以无创、高灵敏地检测循环系统中的CTC数目。总结了PAFC无标记检测黑色素瘤CTC信号及纳米颗粒靶向标记乳腺癌CTC信号的方法, 以及这些方法在肿瘤转移、治疗效果评估中的应用。

光流体可变光圈在图像采集、目标追踪、生物识别和其他便携式电子设备中具有重要的应用潜力。与机械光圈相比, 该光圈孔径是近乎完美的可调圆形, 且光流体可变光圈具有易于加工、结构紧凑、驱动便捷和功耗低等优点, 故已成为当今微纳光学研究领域的热点之一。综述国内外现有光流体可变光圈技术的发展现况, 通过总结前人的研究方法, 展望未来光流体可变光圈的发展方向。

光学显微成像技术可以用来观察微小物体的结构细节, 但在生物样品的显微成像领域中, 像差的存在使得任何显微成像技术的成像质量都无法达到理论预期。为了解决这一问题, 自适应光学技术被应用于不同类型的显微成像系统中进行像差的探测和校正。着重总结了自适应宽场高分辨率显微成像技术的研究动态, 阐明了数字全息自适应光学技术和非相干数字全息自适应光学技术的特点、优势以及存在的问题。

光镊是一门利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应以实现粒子捕获的重要技术, 该技术被广泛应用于纳米或微米级微粒的捕获及操控领域。当今技术和需求的发展对光镊系统的光束变换提出了更高的要求, 因此需要对捕获光源的光束进行整形, 获得光镊所需的光场分布。以激光光束整形的器件为主线, 分别介绍在光镊系统中使用棱镜、衍射光学元件、液晶空间光调制器、数字微镜器件、光纤等光学元件进行捕获光源光束整形的情况。列出了这些器件组成的典型整形光路, 以及近年来这些器件在光束整形方面的研究进展。同时还介绍了在捕获光源的整形设计中, 上述方法的各自特点及相应的捕获能力。

大功率激光器在工业与**等领域有着广泛的应用, 是现代激光材料加工、激光再制造、**安全领域中必不可少的核心组件。随着激光技术的发展, 大功率激光器的性能也在不断提高, 许多新型激光器相继问世。相比于传统的灯抽运激光器, 半导体激光器具有体积小、效率高、质量轻、寿命长、成本低等诸多优点,在国民经济的许多方面起着越来越重要的作用。随着大功率半导体激光器的不断发展, 由其抽运的全固态和非全固态激光器的发展也十分迅速。综述了半导体激光器以及全固态和非全固态半导体抽运激光器的历史和进展, 并就提升大功率半导体激光器各方面性能做了相关介绍, 分析评述了大功率激光器的发展趋势, 并展望了大功率激光器在未来智能制造中的应用前景。

随着太赫兹技术的不断发展, 太赫兹波导逐渐成为研究热点之一。相比于太赫兹聚合物波导, 太赫兹光子晶体光纤(PCF)在高双折射方面具有明显优势。在介绍传统太赫兹波导技术研究现状的基础上, 重点分析和总结了基于不同原理和不同结构的高双折射太赫兹PCF, 对其优缺点进行了对比, 并对高双折射太赫兹PCF的应用现状及后续的工作方向进行了总结和展望。

完美涡旋光场具有亮环半径不随拓扑荷值改变而改变的优点, 在微粒操纵及量子通信等领域具有重要的应用价值, 已成为近年来光场调控领域的研究热点。介绍了产生完美涡旋光场的三种典型方法, 综述了完美涡旋光场的调控技术及表征方法, 并对其应用进行了总结。

光纤表面等离子体共振(SPR)传感是光纤传感领域的研究热点之一。详细论述了光纤SPR传感器的各种结构和优点; 分析了金属膜层的膜材料和膜层厚度、镀膜光纤长度、双层金属膜的组合和厚度比例等参数对光纤SPR传感器性能的影响; 概述了光纤SPR传感器的研究进展及应用, 包括多模光纤SPR传感器、单模光纤SPR传感器、光纤布拉格光栅SPR传感器、倾斜光纤光栅SPR传感器、长周期光纤光栅SPR传感器、多通道光纤SPR传感器、光子晶体光纤SPR传感器和纳米金属颗粒光纤SPR传感器; 给出了光纤SPR传感器的研究重点与发展方向。

目前太阳活动观测存在视场小和分辨率低的问题。单共轭自适应光学系统可校正的视场范围较小, 多层共轭自适应光学系统使用三维重构的方法, 耗时长且过程繁琐; 而太阳地表层自适应光学系统只校正地表层湍流, 效率高, 能快速获得大视场、高分辨率图像。利用YAO软件, 在四导星阵列分布情况下, 应用平均算法对太阳, 地表层自适应光学系统在40″和60″优化视场、J和H波段的性能进行数值仿真, 并与相同条件下仿真得到的单共轭自适应光学系统性能结果进行比较。结果表明, 在60″~120″成像视场内, 地表层自适应光学系统的斯特列尔比值比单共轭自适应光学系统提高了130%~210%, 该结果与太阳自适应光学领域其他软件得到的仿真结果一致。

通过设计成像激光雷达的各种参数, 结合一种大气模式模拟得到了一维激光雷达信号, 并根据高斯分布的特点和实测的光束宽度还原了二维光柱图像。对该原始图像加入不同强度的高斯白噪声和一定强度的平均背景,生成类似于成像激光雷达实测信号的染噪图像。使用二维小波变换的方法对染噪的激光雷达光柱图像进行去噪, 获得了较好的去噪效果。去噪后的回波信号与原始回波信号之间的相对误差均在±12%以内。利用去噪的激光雷达信号反演出气溶胶的消光系数。将反演出的气溶胶消光系数与输入的大气模式下气溶胶的消光系数进行对比, 结果表明二者的相对误差在±15%之内, 并且总体变化趋势一致, 由此验证了所提出的利用小波对激光雷达染噪图像进行去噪的可行性。

提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的高灵敏度椭圆侧芯表面等离子体共振(SPR)折射率传感模型。在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对传感器特性进行了数值仿真。研究发现：在椭圆侧芯中涂覆金属银纳米层可以实现SPR, 共振峰对检测孔的折射率变化具有很高的传感灵敏度; 与圆形结构相比, 所提椭圆侧芯结构中的纤芯基模和金属表面等离子体激元(SPP)模式更易实现相位匹配; 当椭圆率为0.7时,灵敏度在1.45~1.50的折射率范围内可达10412 nm·RIU-1, 且传感曲线线性度高; 椭圆侧芯结构能够有效抑制高阶SPP模式, 避免基模与多个SPP模式耦合形成干扰。

在单探测器型复合轴系统中, 子轴跟踪启动后, 主轴因没有适当的控制输入而处于开环状态, 易导致目标脱离视场。为了避免这种情况, 需要系统将精确的压电陶瓷(PZT)位置反馈给主轴。单独使用PZT振镜的开环系统时, 无法对PZT振镜的倾斜角度进行较高精度的控制, 若辅以检测补偿系统, 则可以提高系统的控制精度。目标位置检测对于振镜控制具有重要的作用, 它为开环状态下的伺服系统提供精确的控制信息, 以保证目标始终在视轴的中心位置。根据PZT振镜的物理结构特点, 研究单探测器型复合轴系统中振镜位置的检测方法, 给出电路的设计原理, 同时提出一种新的利用光学自准直仪的标定方法; 给出控制公式, 并重复进行多组实验, 以对控制公式进行验证。实验结果表明, 控制误差可以保证在20 μrad以内。该研究结果为单探测器型复合轴的控制系统设计提供了基础。

由于目标姿态、摄像头角度、光线条件等因素的影响, 行人重识别仍然是一个具有挑战性的问题。目前大多数方法主要注重提高重识别精度, 对实时性考虑较少。因此, 本文提出了一种基于增强聚合通道特征(ACF)的实时行人重识别算法。利用ACF对行人进行检测, 并在此基础上, 结合直方图特征和纹理特征构成增强ACF, 作为行人重识别的特征描述子。利用测度学习方法对重识别模型进行训练。在4个数据集上的实验结果表明, 与传统的重识别特征相比, 提出的特征描述子逼近最好的重识别准确率, 并且具有更快的计算速度。整个行人检测与重识别系统的运行速度达到10 frame·s-1以上, 基本可以满足实时行人重识别的需求。

针对目前使用较多的尺度不变特征转换算法在提取图像特征向量时因数量较多、维数较大造成匹配时计算量过高、匹配过程中约束条件过于单一、误匹配率较高等问题, 提出一种改进的匹配算法。针对特征描述的问题, 采用子模式独立成分分析法算法对特征向量进行降低维数处理, 减少了特征向量的数量和维数; 针对误匹配率较高的问题, 在约束条件中加入方向约束, 即通过特征向量的方向和欧氏距离进行两次匹配, 减小误配率; 在匹配时通过粒子群算法寻找函数的极值, 以减少该算法的时间消耗。实验对比结果表明, 改进的匹配算法有效地提高了匹配的准确率。

为了更为精确地研究液晶显示中的运动模糊现象, 研究了基于眼动跟踪装置的正弦图像的人眼平滑追踪。实验测试了9种不同空间频率的正弦图像在4种运动速度下的人眼平滑追踪情况。结果表明, 人眼的追踪速度往往小于目标图像的运动速度, 且运动速度对追踪速度比有显著性影响。建立了基于追踪速度比的人眼实际感知改进模型。模拟结果对比表明, 在正弦图像的空间频率与运动速度乘积为整数时, 模型之间的差异很明显, 而其他情况差别很小。研究结果对液晶显示中运动模糊现象的优化以及视觉舒适度的提高具有指导作用。

在光照、背景变化、遮挡、噪声、快速运动等复杂环境下, 准确地实现行人跟踪一直是富有挑战性的任务。针对这些问题, 提出基于HSV颜色特征和贡献度重构的行人跟踪算法。在粒子滤波的框架内, 从HSV空间提取目标的混合颜色特征生成目标模板集, 依据不同区域对跟踪结果的影响对区域进行贡献度分配, 并将其引入到一个自适应的正则化模型中, 将具有最小重构误差的区域判定为待跟踪目标。为了增强算法的稳健性, 跟踪过程中对模板进行实时更新。在OTB 100个序列上进行测试, 本文算法得到跟踪结果的平均中心误差和跟踪成功率两项指标分别为0.6624 pixel和0.4153, 优于同类其他算法。实验结果表明, 该算法能够在复杂的视频场景中实现对行人的连续跟踪, 且稳健性较好, 有利于在实际系统中的实现。

偏振成像仪(DPC)是获取目标多光谱、多角度、多偏振信息的航天遥感器, 它的几何定标过程特殊、复杂, 需要处理庞大的数据, 现有人工处理方法无法满足实时得出结果的要求。通过分析DPC的实验室几何定标原理、模型和流程, 对处理软件的需求和设计框架进行讨论, 研制了基于信息流的数据处理软件。该软件可对定标测试原始图像数据进行原始数据解包、图像数据识别、帧转移校正、去本底等预处理工作, 并根据几何定标模型快速计算得到几何定标参数。与人工计算结果的对比验证了软件的有效性, 一组数据计算的时间成本可由40 min缩短至50 s, 满足了定标实验实时得出结果的需要。

为解决运动目标跟踪过程中由于遮挡、光照变化、尺度变化等因素导致的目标易丢失以及传统Camshift跟踪算法中跟踪窗口易发散等问题, 提出一种融合优化的隐马尔可夫模型(HMM)和分块特征匹配的运动目标跟踪算法。首先, 利用主成分分析(PCA)结合特征位置对目标仿射尺度不变特征变换(ASIFT)特征进行降维生成PCA-ASIFT特征, 保留目标关键信息; 其次, 采用粒子滤波最优特征位置优化目标PCA-ASIFT特征的HMM参数; 最后, 通过HSV直方图模型建立目标分块, 赋予不同目标分块相应权重并结合分块特征匹配以改善Camshift算法实现运动目标跟踪。实验结果表明, 在自然场景下, 本文算法能够取得较好的运动目标跟踪效果, 对遮挡、尺度变化等具有较好的稳健性。

针对声光可调谐滤波器(AOTF)自身固有的因声光互作用导致的成像畸变问题, 利用AOTF的解析表达式和几何像差公式对AOTF相机的畸变特性进行分析, 建立了声光互作用图像畸变模型, 给出了各畸变系数随入射光传播角的变化关系; 并在所构建畸变模型的基础上, 结合两步标定法和双线性内插法对畸变图像进行校正分析。实验结果表明, 未加AOTF相机系统拍摄图像的最大畸变像素位移量为1.6 pixel, 加AOTF相机系统拍摄图像的最大畸变像素位移量为9.0 pixel, 畸变校正后的最大畸变像素位移量为1.4 pixel, 优于未加AOTF相机系统所拍摄的图像。该畸变模型较好地描述了AOTF相机的畸变产生机理及特性, 该方法可以有效地解决AOTF相机成像过程中的图像畸变问题, 在AOTF光谱相机的精确测量方面将有较好的应用前景。

复眼成像系统具有视场大、体积小、质量轻等优势, 近年来得到国内外的广泛研究, 是光学成像技术未来发展的方向之一。受限于较小的子孔径口径, 现有大视场复眼系统得得分辨率较低, 无法满足遥感、航空侦察等领域的需求。针对上述问题提出了双模式复眼成像系统, 该系统不仅具备传统复眼的多孔径和大视场成像能力, 同时可将所有子孔径指向同一视场, 对采集的多幅子图像进行高分辨重建, 大幅提升了成像分辨率。对该系统的原理和实现方法进行分析, 通过搭建实验装置验证了双模式成像的可行性, 为复眼成像系统发展提供了新的思路。

为保证大口径望远镜主镜在加工、镀膜和装调过程中的径向公差要求, 提出一种基于图像处理的实时检测大口径望远镜主镜径向偏心误差的方法, 利用光学成像系统对沿轴线运动的主镜的内孔和固定于主镜支撑结构底座的参考孔进行成像, 通过边缘提取和质心算法计算主镜相对于支撑结构的径向偏心误差。经实验验证, 该方法可实现对主镜径向偏心误差的实时测量, 且测量精度满足主镜的径向公差要求。

在进行高精度曲率半径测量时, 三点支撑方式会引入测量误差。对该误差进行了理论分析及有限元仿真, 并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明, 支撑形变中的旋转对称误差项导致测量结果失准。在特定实验条件下, 得到的补偿量小于70 nm, 基于此对三点支撑下的曲率半径测量值进行补偿, 可以提高测量精度。

相移阴影叠栅轮廓术具有分辨力高和可自动测量的特点, 但该技术需要预先对测量灵敏度进行标定, 实现过程复杂。为了简化其标定过程, 提出一种基于3帧条纹图的实时测量灵敏度标定技术。所提方法利用垂直光栅面精确移动光栅, 获得3帧相移条纹图; 再通过不同帧条纹图相减去除条纹图背景, 发展了一种基于矩阵范数的相移算法, 提取了引入的相移; 利用相移与测量灵敏度间的关系实现了测量灵敏度的快速标定。实验结果表明, 所提方法操作简单, 应用灵活, 并且为测量灵敏度的标定提供了一种闭合解, 其标定精度优于传统的Dirckx方法。

为了提高夜视兼容的液晶显示器(LCD)显示屏的显示效果, 在使用红绿蓝三色LED为背光源的基础上, 增加了红外LED, 将不同的LED搭配成在不同模式下使用的两套光源。根据10.4 in(1 in=2.54 cm)背光源的亮度和均匀性的要求, 将背光源当作朗伯发光体来计算亮度, 以便于选择LED的类型, 确定LED的数量和排列方式, 合理选择光学膜片及设计背光模组的结构。由于红外LED的发光功率可调节, 在夜视兼容模式下, 不仅可以通过夜视仪看清LCD显示屏上的信息, 而且用裸眼也可以轻易看清显示屏上的信息。通过TracePro软件进行仿真并分析, 结果发现设计的背光模组同时满足了LCD显示屏的强光下可视和夜视兼容两项要求。

基于光学设计软件ZEMAX, 通过Monte Carlo光线追迹法, 对比研究了采用三种设计方式的二次反射聚焦系统在不同类型角度偏差下的聚焦性能参数的变化。结果表明：任何微小的角度偏差都会导致聚焦性能急剧下降和聚焦位置大幅偏离。聚焦系统存在角度偏差时, 不同设计方式的聚焦系统会形成不同形状的点火区域, 这将导致激光推力器产生完全不同的飞行的轨迹和姿态。

在三维真实表面形貌分析的基础上, 对激光透射焊接过程进行了模拟分析。利用表面粗糙度测量仪对聚碳酸酯(PC)试件的表面粗糙度进行了测量, 构建了表面粗糙轮廓的数学模型, 并进行了实体建模, 通过ANSYS Fluent软件对光滑表面以及真实粗糙表面进行了激光焊接模拟, 分析了焊缝断口微观形貌。结果表明, 粗糙PC表面的焊接强度要低于光滑表面的。

提出了一种激光拼焊焊缝截面轮廓的几何建模方法, 基于Laws纹理滤波和数学形态学闭运算提取了截面的轮廓边缘, 分别采用多项式函数模型、指数函数模型、高斯函数模型对提取的截面轮廓边缘进行了曲线拟合, 并对拟合结果进行了误差分析。分析结果表明, 基于指数函数模型拟合的焊缝截面轮廓上边缘的精度最高, 基于高斯函数模型拟合的焊缝截面轮廓下边缘的精度最高。对不同工艺参数条件下获得的激光拼焊焊缝截面轮廓边缘进行了几何建模实验, 实验结果表明, 提出的方法可以有效地实现激光拼焊焊缝截面轮廓的几何建模。

利用波长为248 nm的氟化氪(KrF)准分子激光器加工了掺镧锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、硅(Si)和聚二甲基硅氧烷(PDMS), 研究了准分子激光对这3种材料的加工效果。为了解决传统切割工艺加工PZT膜片时易发生破裂的问题, 研究了准分子激光加工PZT微结构的性能。通过调整准分子激光器的激光脉冲能量、脉冲频率、扫描速度及扫描次数等参数, 获得了加工参数及其与PZT沟槽加工深度和宽度的关系。研究了辅助气体对准分子激光加工PZT表面粗糙度的影响。用准分子激光器制备了基于PZT-Si复合材料的微悬臂梁和微膜片, 并测试了其压电性能。结果表明, 利用准分子激光器加工的2种PZT微压电结构具有良好的压电性能, 可作为微压电驱动器的关键器件, 验证了用准分子激光器加工PZT微结构的可行性。

采用层扫描的方式, 实现了管材的激光渐近弯曲矫形。基于Perona-Malik边缘提取算法和RANSAC直线特征提取算法, 实现了激光渐近弯曲矫形过程的实时在线测量, 分析了工艺参数对管材弯曲角度的影响。结果表明, 弯曲角度随时间的增加呈近似线性增加; 位置形状参数对弯曲角度的增大速率影响不大, 而轴向进给次数与单层弯曲角度的变化量成正比; 轴向进给步距可以改变弯曲段的曲率; 激光平均功率越高, 弯曲角度的增大速率越快。

基于选择性激光烧结(SLS)技术, 在不同工艺参数组合下,分析了激光扫描速度、激光功率、分层厚度、扫描间距以及预热温度等工艺参数对SLS原型件强度与尺寸精度的影响。研究结果表明, 各烧结工艺参数均会影响原型件的烧结强度和尺寸精度, 且各因子之间存在交互作用。当激光功率为40 W、扫描速度为2500 mm·s-1、扫描间距为0.15 mm、分层厚度为0.20 mm、预热温度为60 ℃时, 烧结强度与尺寸精度达到最优。在此基础上, 结合传统砂型铸造方式, 实现了全新高端工程机械液压多路阀的快速铸造, 验证了基于SLS技术的快速铸造液压元件的可行性。

提出了一种利用纳秒光纤激光快速制备超疏水铝板表面的方法, 对样品表面的接触角和粗糙度进行了测量。烘烤处理激光加工后的样品, 得到了一系列具有不同润湿性能的铝板表面, 增加激光能量密度可得到超疏水表面。研究结果表明, 增加激光能量密度除了能提高铝板表面的粗糙度, 还会形成明显的微纳二级结构; 空气占铝板超疏水复合接触面总面积的90%以上; 纳秒激光诱导铝板超疏水表面是微纳结构和化学成分共同作用的结果。

根据衍射原理,设计并制备了平顶整形元件, 将激光能量由高斯分布转变为平顶分布。利用532 nm脉冲激光进行了硅晶圆激光划片实验, 研究了激光能量、划片速度及聚焦位置对划片效果的影响。结果表明, 基于平顶光束的激光划片, 可实现宽约为16 μm、深约为18 μm的划槽, 且槽底部平坦, 槽壁陡直; 与高斯光束相比, 平顶光束下热影响区明显减小。

结合美国国家点火装置(NIF)的部分参数, 利用两镜型线聚焦空间滤波器(SSF)来替代主放大腔中的针孔滤波器, 对其在高功率激光装置中的应用进行了初步的研究。以NIF为例, SSF的应用可使远场强度降低两个数量级, 使腔空间滤波器和放大腔分别缩短约6.2450 m(27%)和13.8707 m(30%), 而放大腔中远场强度的降低以及去掉传输空间滤波器中的滤波光阑, 又使得主光路中基本无等离子体堵孔的问题。同时, 基于平面化离轴偏角的设计思想并结合放大腔中变形镜与反射镜互成物像面的特点, 对SSF构成的放大腔进行了离轴多程设计以避免放大自发辐射, 为SSF的实际应用以及高功率激光装置的进一步发展奠定了基础。

基于美国国家点火装置(NIF)介绍了钕玻璃激光放大器空间布局和光机组件结构组成, 剖析了光机组件现场安装工装和现场安装工艺参数, 研究了光机组件现场安装技术：精确定位与刚性连接、全行程导轨陪护技术以及基于CCD的分级举升和柔性就位。同时, 针对我国类似装置就现场安装情况进行了总结。本研究成果拟为我国即将研制的特大型激光驱动装置提供技术支持。

训练模型复杂且训练集庞大导致深度学习的发展受到严重阻碍。使用Google最新开源的TensorFlow软件平台搭建了用于视频目标跟踪的深度学习模型。介绍了深度学习的原理和TensorFlow的平台特性, 提出了使用TensorFlow软件平台设计的深度学习模型框架结构, 并使用VOT2015标准数据集中的数据设计了相应的实验。经实验验证, 该模型具有较高的计算效率和识别精度, 并可便捷地调整网络结构, 快速找到最优化模型, 很好地完成视频目标识别跟踪任务。

针对深度空间小视角摄像机标定, 建立基于立体靶标的仿真分析方法, 深入分析了靶点的空间分布各因素对摄像机内参数标定精度的影响, 提出在摄像机标定之前合理设计靶点的数目及位姿分布的思想。分析表明, 靶点的空间分布范围对标定精度的影响最大, 靶点的数目对精度影响较小; 从最近测量距离开始布置靶点, 可提高标定精度。提出一种结合感兴趣区域和灰度矩亚像素边缘检测的图像光斑中心定位的算法, 有效保证了定位精度和运行效率。构建虚拟立体靶标对摄像机内参数进行了快速标定, 参数标定精度高, 具有实际应用价值。该方法也适用于无需靶标拼接的摄像机标定。

动车组运行故障动态图像检测系统(TEDS), 通过在轨边安装布置高速线阵采集相机, 实现对运行中列车的全方位监控。利用获得的高质量图像, 通过机器学习和模式识别, 实现列车故障的自动化诊断和检测。但是线阵相机拍摄的图像易受动车速度的影响, 在图像水平方向上存在几何变形, 给后续目标的自动识别和检测带来了困难。为了解决这个问题, 设定一组基准图像, 对其他时间段所获得的目标图像分别按照对应的基准图像进行配准和重分割, 尽量减小列车速度对成像变形的影响。结合TEDS, 利用多分辨率下的图像快速配准方法, 实现了后续目标图像的快速分割与对齐。提出了一种改进的图像差影技术, 通过将对齐之后的目标图像与历史标准图像进行比对分析, 快速实现动车故障区域的自动定位和检测。

针对视觉目标跟踪算法中存在的快速运动、尺度变化、形变和遮挡问题, 提出基于图像签名算法的视觉目标跟踪算法。该算法以相关滤波算法为基础, 通过多种特征构建目标的外观模型, 提高了算法的跟踪精确度和稳健性; 为了解决严重遮挡情况下的目标重定位问题, 利用图像签名算法计算图像的稀疏显著性区域, 获取候选目标的位置, 通过分类器对候选目标进行重排名, 实现目标重定位; 采用尺度池策略和自适应模板更新策略, 解决跟踪中的尺度变化问题和跟踪漂移问题。利用标准数据集测试所提算法的性能, 结果表明, 所提算法在跟踪成功率和精确度上均优于传统的相关滤波算法, 能较好地解决快速运动、尺度变化、形变和遮挡情况下的目标跟踪问题。

利用ZnS、SnS、CuS三种二元硫化物靶,分步溅射制备了铜锌锡硫(CZTS)薄膜, 并在不同温度下进行退火。研究了退火温度对薄膜晶体结构、组分、表面形貌及光学特性的影响。结果表明, 当退火温度为400 ℃时, CZTS薄膜中含有Cu2S及SnS等多种二次相; 随着退火温度的升高, 二次相的种类逐渐减少, 当退火温度为550 ℃时, 薄膜的表面平整致密, 二次相种类最少; 然而, 当退火温度为600 ℃时, 薄膜表面变得粗糙, 二次相种类增多。

基于谐振型左手材料理论, 提出了一种新型的宽频带、低损耗左手材料结构单元。利用Nicolson-Ross-Weir算法和Ansoft HFSS软件, 得到该结构单元的等效介电常数、等效磁导率和等效折射率。结果表明, 该结构单元具有低损耗特性; 在23~32.3 GHz频段范围内, 其等效介电常数和等效磁导率均为负, 同时等效折射率的实部为负, 虚部接近于0。该结构为单元Kα波段左手材料的设计及其应用提供了一定的参考。

连续波单共振光学参量振荡器(SRO)的阈值和稳定运转与共振信号光在谐振腔内传播一周所产生的损耗密切相关。考虑非线性晶体的线性吸收和内腔倍频(IFD)引入的非线性损耗, 在平面波近似下建立了描述连续波IFD-SRO输出特性的理论模型, 并给出了解析解; 理论计算结果与实验结果较好地吻合。根据该结果, 预测了532 nm绿光抽运的IFD-SRO在共振信号光波长为780 nm时的输出特性和1064 nm红外光抽运的IFD-SRO在共振信号光波长为1560 nm时的输出特性。该理论模型简单、易于计算, 为优化设计连续波IFD-SRO提供了指导。

研究了方形孔径平面微透镜阵列和微图形阵列的叠栅条纹的傅里叶原理。方形孔径平面微透镜阵列可视为正交的二维栅格线簇, 以一维光栅叠栅条纹的傅里叶变换原理为基础, 推导了方形孔径平面微透镜阵列二维叠栅条纹的傅里叶变换解析式, 对低频(1, -1)级叠栅条纹进行详细讨论。同时对不同夹角下叠栅条纹的周期和同步性进行重点研究, 并采用不同结构参数的二维栅格模板与微图形阵列进行实验,结果表明：实验值和理论值相吻合, 研究结果为方形孔径平面微透镜阵列的应用与研究提供了理论基础。

为了提高发光二极管(LED)的散热能力, 基于烟囱效应, 在传统太阳花散热器外侧加装圆筒壁, 形成特殊的烟囱结构。运用Solidworks软件构建三维模型, 用其插件Flow Simulation进行热仿真, 并以散热器翅片数12个、最大直径70 mm、高度40 mm为基础模型参数, 进行优化研究。研究表明, 在翅片数为20个、最大直径为85 mm、高度为65 mm时, LED圆筒太阳花散热器的散热效果最好。此时, LED的最高温度为48.98 ℃, 比优化前降低了13.05 ℃。当功率为8, 12, 16, 19 W时, LED芯片的最高温度都满足LED工作的安全要求。对功率为8 W的LED散热器样品的实验测试结果表明, 4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.8%, 在允许范围内, 验证了研究的正确性。在功率为32 W时, 配备圆筒太阳花散热器的芯片最高温度仍满足低于125 ℃的技术要求, 并比配备传统太阳花散热器的芯片温度低6.44 ℃。所设计的LED圆筒太阳花散热器为解决大功率LED散热问题提供了一个新的途径。

以杨氏双缝实验为基础, 探究了光源空间相干性对干涉的影响情况。首先将光源空间展宽问题等效为平行光照射具有宽度的双缝的问题, 再将两缝近似为离散化的多个次光源点阵列, 每相邻点间距非常微小。从光矢量叠加原理出发推导出一种算法, 该算法以两缝中每一对次光源点作为干涉单元, 分别求出各单元在每一个观测点处的干涉光强, 再对所有单元的干涉光强线性叠加, 算出观测点的总光强。最后利用Matlab模拟出不同缝宽下, 单色平行光、高斯光谱、矩形光谱分别垂直照射双缝时的光强分布情况。通过模拟结果的对比发现, 双缝展宽对条纹衬比度的影响远甚于光谱展宽。所提算法简化了计算过程, 也极大地提高了程序运行速度。

在非旋波近似下, 对Tavis-Cummings模型的能谱和量子纠缠进行了精确求解; 将该非旋波近似下的能谱精确解与旋波近似下的结果进行了比较。讨论了初始时刻原子状态参数θ, 以及光场与原子间的耦合强度对量子纠缠的影响。结果表明, 当耦合强度较小时, 旋波近似下的能谱与精确解相符; 当耦合强度较大时, 二者存在明显差异。随着θ的增大, 纠缠度逐渐增加; 随着耦合强度的增大, 两原子间出现纠缠突然死亡的现象, 且首次出现纠缠突然死亡的时间变短, 纠缠死亡持续时间逐渐增加。

影响地面三维激光扫描点云精度的因素有很多, 它们共同存在且交互影响, 研究各因素及其交互作用对点云数量、点云反射强度和点云标准偏差的影响有利于有效地提高地面点云精度。选择目标物的颜色、粗糙度、距离作为研究对象, 利用多因素方差分析法、多元线性回归分析法, 分析了各因素及其交互作用影响的显著性, 并拟合了点云标准偏差和点云反射强度的回归方程。研究结果表明：目标物距离对点云数量的影响较大, 5 m距离的点云数量约是30 m距离的40倍, 距离与点云数量成反比; 目标物颜色对点云反射强度的影响较大, 白色最大点云强度可达0.54, 而黑色只有0.18, 点云反射强度从大到小为白色、绿色、蓝色、红色、黑色; 目标物距离对地面三维激光扫描点云标准偏差影响最大, 30 m距离的点云标准偏差是5 m距离的3倍左右, 颜色次之, 粗糙度的影响不明显, 点云标准偏差与点云反射强度具有幂函数关系。

目前航天遥感相机还不能预先获取场景光谱辐射信息, 也就不能根据场景内容调整曝光参数。为此, 提出一种“测光、解算、成像”的自适应调整曝光参数方法。为减轻测光相机实际应用时对航天遥感相机重量的影响, 提出了应用大尺度测光相机进行测光, 并提出了依据低分辨图像指导高分辨率成像的方法。首先, 对典型场景曝光统计特征随尺度的变化规律进行统计; 其次, 利用大尺度测光图像进行尺度合并, 并计算各尺度下的曝光时间; 然后, 通过多项式拟合建立尺度与曝光时间之间的函数关系, 进而确定原尺度对应的曝光参数, 从而实现用大尺度测光相机指导航天遥感相机成像。无人机数据结果表明, 该方法适用于各种典型场景, 且利用大尺度拟合确定的曝光参数与用原尺度图像确定的曝光参数误差小于4%。卫星照片数据表明, 测光尺度比超过90倍时, 利用大尺度拟合确定的曝光参数与用原尺度图像确定的曝光参数误差小于6%, 仍能够准确指导高分辨相机成像。

针对噪声导致高分辨遥感影像分割存在过分割或者欠分割的问题, 提出结合相位一致和分水岭变换的高分辨率影像分割方法。该方法首先采用基于光谱相似性的相位一致的模型方法来获得边缘响应幅度, 再采用自动标记分水岭算法对影像进行分割; 基于相邻分割对象的空间位置、形状、面积等特征多重约束, 提出相邻分割对象合并代价函数模型, 对分割结果进行优化并获取最终分割结果。选择典型地区实验影像进行分割实验, 通过目视评价和监督评价, 并与典型分割方法进行比较, 验证所提分割方法的有效性。

基于近前向光散射法, 实现了多分散亚微米级气溶胶的浓度测量。测量装置采用卤钨灯作为光源, 整形后的环状光束被会聚至待测气体处, 散射光经透镜收集后, 由光电探测器进行探测, 分析探测光强度的变化, 从而反演出被测气溶胶的浓度。实验结果表明, 该测量方法的探测灵敏度能够达到10-4 μg·L-1, 线性响应范围覆盖了6个数量级。该方法可应用于核工业、医药、微电子等领域。

为解决近红外光谱快速检测乳品成分及含量时光谱数据的预处理问题, 提出一种基于直方图分层映射技术的近红外光谱主成分得分重置(SR)预处理方法。以葡萄糖氯化钠水溶液三组分样品中的葡萄糖含量、鲜牛奶样品中的乳糖含量为定量检测目标, 进行散射光谱主成分得分累计贡献率的分层分段规定化映射预处理, 利用偏最小二乘(PLS)回归分析建模手段, 对相应近红外光谱中的糖含量信息进行测试及分析。结果表明, 经过SR预处理后, 牛奶中乳糖含量PLS模型的校正集样品交互验证预测偏差降低23.9%, 实际预测偏差降低27.8%; 验证集实际预测偏差降低16.7%。该SR光谱预处理方法兼顾光谱、参考值及组分相关性等多尺度信息, 以实现光谱信息增强去噪, 能避免有用信息误删, 防止不充分拟合及过拟合。

分析了光学材料的正常色散与反常色散特性, 证明了基于光学材料色散特性的干涉仪可以实现慢光与快光的结合。理论分析了基于快慢光技术的Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪的光谱灵敏度, 与具有相同结构的传统M-Z干涉仪和仅依赖于慢光技术的M-Z干涉仪相比, 基于快慢光技术的M-Z干涉仪的光谱灵敏度大幅提升。

为实现对醇类柴油的鉴别和含量的测定, 在实验室制备了甲醇柴油和乙醇柴油。利用主成分分析方法将甲醇柴油和乙醇柴油分成两类, 利用中红外光谱法对光谱数据进行平滑、基线校正、多元散射校正和归一化, 得到预处理光谱图, 使用最小二乘支持向量机(LSSVM)模型预测甲醇柴油的甲醇含量和乙醇柴油的乙醇含量, 其模型误判率低于7.1%。结果表明, 甲醇柴油甲醇含量LSSVM模型预测集相关系数和预测集均方误差分别为0.9791和1.7201; 乙醇柴油乙醇含量LSSVM模型预测集相关系数和预测集均方误差分别为0.9802和2.9563。实验的结果表明最小二乘支持向量机模型能够预测甲醇乙醇柴油中的甲醇和乙醇含量, 且是一种很有前途的方法。

在分析实际频率分辨光学开关(FROG)迹线噪声来源的基础上, 设计了一种合理的去噪程序; 对含模拟噪声的FROG 迹线分别进行直接重建和去噪后重建, 两者均方值误差相差一个数量级, 证明了该去噪程序的有效性; 搭建了FROG系统, 获得了实际脉冲的FROG迹线, 通过对直接重建和去燥后重建的结果进行对比分析, 发现去噪后重建的脉冲更接近真实的脉冲, 证明了噪声处理的必要性。