远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段，但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足，设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统，该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明，系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示，部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当，并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助，使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。

宫颈异常细胞与正常细胞在形态上存在较大相似性且细胞尺寸变化较大，这使得宫颈异常细胞的精准检测变得非常困难。鉴于此，开发了一种基于Transformer模型的宫颈异常细胞自动识别模型，以帮助病理学家作出更准确的诊断。提出了两种创新性方法，一是一种改进的Transformer编码器结构，通过引入深度（DW）卷积来高效获取图像的特征，捕捉图像中的全局依赖信息；二是自适应的动态交并比（IOU）阈值，在模型训练的不同阶段使用不同的IOU阈值，实现尽可能多的有效检测，提升模型的收敛速度和检测精度。在宫颈异常细胞数据集上，通过消融实验，证明了改进的Transformer编码器和动态IOU阈值的有效性。此外，与已有的宫颈异常细胞识别方法相比，所提出的方法在平均精度指标上有明显的提高。实验结果表明，所提出的方法能够高效且准确地识别宫颈异常细胞，且能辅助病理专家提高诊断准确率和效率，具有应用到临床的潜力。

荧光成像仪器的成像性能测试对于提高仪器的性能和临床转化成功率具有重要意义，成像性能测试的标准化需要一种可以精确模拟荧光光谱的长期稳定的样品作为测试工具。本团队提出了一种荧光发光模拟系统，该系统可以模拟荧光样品的激发效率、荧光发射谱特性和荧光空间分布特性，可以替代真实的荧光剂仿体对荧光成像类仪器进行量化表征。该系统采用的是基于线性滤光片和液晶显示器的光谱模拟方法。本团队还设计了一种改进的最小二乘光谱拟合算法，该算法可以自动模拟任意荧光发射谱。使用该系统模拟了近红外荧光造影剂吲哚菁绿(ICG)的发光特性，并对不同荧光成像仪器的成像灵敏度进行了测试。实验结果表明，所设计的荧光发光模拟系统可以稳定精准地模拟荧光样品的发光特性。

采用线激光轮廓仪测量工件表面三维形貌时，轮廓仪与工件通常需要作相对直线运动，这对线性运动平台的精度有较高要求，且系统占用空间大，不易实现在位精密测量。针对上述问题，提出了一种线激光轮廓仪旋转扫描的测量方法。通过图像识别方法拟合线结构光的运动轨迹，进而计算轮廓仪和转台旋转中心的偏心误差，采用Matlab和Java编程软件对测量数据进行三维合成和极坐标化处理，并对转台的跳动和偏心及线激光轮廓仪的倾斜误差进行补偿。球径、特征宽度和平面高度差等的测量结果验证了所提方法的有效性，测量误差<3 μm，已接近仪器测量精度的极限值。在被测工件或运动机构体积和重量较大、相对运动精度不高的情况下，所提方法能实现三维形貌的在位精密测量。

钛以其优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性等，需对其表面进行修饰改性。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构，对比了两种激光技术在钛表面加工的微凸起和微凹槽结构在表面形貌、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。表面形貌、轮廓、元素的表征结果表明两种激光加工结构的尺寸主要受能量密度的影响，而形状受光斑重叠率的影响较大，皮秒激光加工表面的氧含量较高。由于飞秒和皮秒激光改性钛表面微织构形貌的差异，水接触角(以下简称“接触角”)从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空、生理盐水中保存3 d后的表面接触角发现，皮秒激光加工样品表面能保持稳定的超亲水性；经硅烷处理后，飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°，而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。细胞黏附和增殖的实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列，而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移。

主要针对国内软式空中加油, 设计了一套基于机器视觉技术的自主空中加油锥套跟踪与定位系统。首先, 对加油机系统建模, 利用有限元分析进行加油软管锥套建模, 为锥套运动提供基准数据; 然后, 利用最小椭圆定位完成锥套二维图像定位, 结合LHM算法完成三维定位; 接下来, 考虑到锥套定位稳定性较差以及输出频率较低的问题, 引入EKF提高系统鲁棒性并设置ROI区域减少图像处理时间; 最后仿真结果表明, 在不同紊流条件下, 基于EKF的视觉测量系统可提高系统鲁棒性并使输出频率大大提升。

针对无人机(UAV)飞行时与其他飞行器发生冲突的问题, 提出了基于扰动流体的避撞航路规划算法。基于入侵飞机的运动信息引入相对初始流场, 用扰动矩阵量化表示入侵机模型对相对初始流场的扰动影响, 计算相对扰动流场, 进而得到实际流场流线即规划的无人机避撞航路。同时利用滚动优化思想, 考虑无人机性能约束要求, 实时优化影响系数, 保证规划航路的可飞性。仿真结果表明, 该算法能够实时规划出满足无人机可飞性要求的避撞航路。

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率, 提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理, 通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削, 利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能, 实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明, 随着磨削深度的增加, Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5 μm, 大于粗磨表面的裂纹深度时, 获得了Ra值为0.07 μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理, 结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时, 砂轮以磨耗磨损为主, 该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。

对一种新颖的基于流水避石原理的无人机三维航路规划技术进行了阐述。复杂地形条件下具有全局最优性的无人机三维航路规划问题, 不但要考虑地形对飞行安全的影响, 还要考虑无人机自身的性能约束, 最终规划出三维空间内可供无人机实际飞行的平滑航路。传统航路规划算法在计算复杂度、航路平滑性等方面难以令人满意。流水避石航路规划算法受自然界流水避开岩石并最终到达目标点的现象启发, 通过提取复杂地形条件下无人机飞行航路与流水避石现象的共性特征, 在流体力学相关理论的基础上, 建立能够揭示流水避石宏观规律的数学模型, 并根据一定的优化指标对流场中的流线进行优选, 最终获得满足飞行约束与环境约束的最优三维光滑可飞航路。