空气耦合（简称“空耦”）超声换能器具有非接触检测、适合复杂工况和原位检测等独特优势，已被广泛应用于超声无损检测等领域。声场重建对于开展空耦超声换能器声束宽度、扩散角等声场特性参数的表征，进而保障超声检测系统的横向分辨率及定位精度具有重要意义。笔者基于声光效应和层析成像技术对50~200 kHz空耦超声换能器的声场重建开展研究。超声声场的重建质量与空间分辨率密切相关，但高空间分辨率会导致扫描时间呈几何倍数增长。笔者从仿真和实验的角度对声场空间分辨率（即声场扫描参数）进行优化，在保证声场重建图像质量的前提下将扫描效率提高了2~4倍。同时，将优化后的声场重建结果与传声器在相同位置处的声场直接测量结果进行比较，验证了声光效应层析成像进行超声声场重建的可靠性。

为了降低多尺度分解融合算法的复杂性, 并提高融合图像适应人类视觉特点, 本文提出一种基于引导滤波二尺度分解的红外与可见光图像融合的方法。首先利用引导滤波对可见光图像实施增强的图像预处理, 然后利用引导滤波将源图像分解为基础层和细节层。在细节层的融合规则中我们采用能量保护和细节提取的方法, 最后将融合后的细节层与基础层合成融合结果。实验结果表明所给方法在提高视觉感知、细节处理、边缘保护等方面都有良好的效果。本文最后还讨论了可见光图像增强对融合方法的影响: 从实验数据可知, 增强可以提升融合效果, 但在图像融合中融合方法才是关键。

雷达高距离分辨力需要大带宽发射信号, 而雷达发射连续大带宽信号受硬件成本和频谱资源限制。利用多个窄带发射信号进行宽带合成时, 由于窄带信号频谱不连续性和步进量的增大, 会出现距离旁瓣增大、不模糊距离范围缩小的问题。为解决上述问题, 并充分利用不连续或跨波段的频谱资源, 提出一种用于宽带聚合的雷达稀疏频率配置方式。通过子频带之间的差分处理, 获得等效的连续均匀步进虚拟频率信号, 在获得高分辨力的同时避免距离旁瓣增大和距离模糊; 对于频率跨度较大的子频带, 提出了基于几何绕射理论(GTD)模型的目标散射特性频率一致性校正方法, 并仿真分析了不同频率跨度对宽带聚合效果的影响和跨波段宽带聚合的可能性。该研究可进一步为雷达系统的后续兼容研究提供参考。

病害严重影响作物品质, 并造成经济损失。 病斑分割是病害定量诊断的重要过程, 其分割结果可为后续的识别和严重度估算提供有效依据。 由于病斑具有不规则性和复杂性, 且自然环境下病斑可见光谱图像易受光照变化等影响, 传统的图像处理方法对病斑图像分割存在准确率低、 普适性低和鲁棒性不高等问题。 该工作提出了基于语义分割和可见光谱图像的作物叶部病害病斑分割方法。 首先, 以花生褐斑病、 烟草赤星病为研究对象, 使用尼康D300s单反相机共采集到165张可见光谱图像。 通过Matlab Image Labeler APP对病害可见光谱图像进行像素标记, 分别标记出褐斑病病斑、 赤星病病斑和背景区域。 其次, 对标记后的数据采用水平翻转、 垂直翻转、 改变亮度等图像扩充方式, 获得1 850份增强后样本数据集。 为了节约计算成本, 将数据集的像素分辨率调整为300×300。 最后, 基于FCN, SegNet和U-Net 3种语义分割网络, 构建4 种作物叶部病害病斑分割模型, 探索了数据增强、 病害类别对病斑分割模型的影响, 并采用4种分割指标评价模型效果。 结果表明: 仅对于病斑分割, 图像增强能够提高模型的分割精度, 增强后FCN模型的平均精度(MP)和平均交并比(MIoU)分别为95.71%和93.36%。 4个语义分割模型显著优于支持向量机(SVM), 其中FCN与U-Net, SegNet-2和SegNet-4分割模型相比, 能够有效避免光线变化等影响, 病斑分割精度(P)和交并比(IoU)分别达到99.25%和97.55%。 对于病斑分类分割实验, FCN对两种病害的分割精度Pd分别达到97.54%和90.41%, 对两种病害的交并比IOUd分别为95.61%和70.30%, 均优于其他3种分割模型。 FCN能够在分割病斑的同时也准确地识别病害类别, 有较好的泛化性和鲁棒性, 实现了自然场景下作物叶部病害病斑的识别与分割, 为计算混合病害严重度提供了技术参考。

针对室内可见光通信(VLC)系统中存在小区间干扰的问题, 提出一种联合光源布局的多小区协作多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)VLC系统资源分配算法。首先, 在不影响照明的前提下, 通过优化光源布局, 将小区干扰限制在2个LED覆盖范围内；然后, 引入协作MIMO技术, 以用户公平性为优化目标；最后, 对基于空分复用(SMP)和重复编码(RC)这2种协作模式的MIMO OFDMA VLC系统资源分配性能进行仿真。仿真结果表明: 2种协作模式的MIMO OFDMA VLC系统的性能均优于单输入单输出(SISO)OFDMA VLC系统。基于RC模式的VLC系统对信道相关性鲁棒, 其传输速率约为SISO OFDMA VLC系统的1.2倍。当信道矩阵条件数低于6时, 基于SMP模式的VLC系统因获得较大的复用增益性能更优；当信道矩阵条件数等于2时, 其VLC系统数据传输速率约为SISO OFDMA VLC系统的1.32倍。

为提高融合图像更加适应人类视觉感知，并解决可见光图像受光线、天气等影响而导致融合 效果不佳的问题，本文提出了一种基于滚动引导滤波的可见光与红外图像融合方法。首先，利用引 导滤波对可见光图像的内容进行增强，然后，利用滚动引导滤波将可见光和红外图像进行多尺度分 解为小尺度层、大尺度层和基础层。在大尺度层的信息合成的过程中利用加权最小二乘法融合规则 解决融合时可见光与红外图像不同特征带来的困扰，提高融合图像的视觉效果；在基础层的融合过 程中采用优化的视觉显著图融合规则，减少对比度损失。最后，将大尺度层、小尺度层与基础层合 并为融合后的图像。实验结果表明所给方法在提高视觉感知、细节处理、边缘保护等方面都有良好 的效果。

为了提升了可见光通信(VLC)链路的可靠性, 针对传统VLC研究范式的局限性, 在典型室内应用场景将商用LUXEON Rebel非朗伯光波束引入到多输入多输出(MIMO)可见光发射器配置中, 对比分析了非朗伯MIMO VLC与朗伯MIMO VLC的误比特率(BER)性能表现。仿真结果表明: 较之于传统朗伯光波束的MIMO基准配置, 当房间中心接收位置BER≤10-6时, 所提出的非朗伯MIMO配置可以减少引入13.1% 的发射功率。

人体尿液中存在大量具有生物表面活性的物质, 而这些物质与尿液中不同形貌的草酸钙微晶间的吸附关系并未得到人们广泛关注。 挑选了常用的阴离子表面活性剂磺基琥珀酸钠二辛酯(AOT)作为吸附物质, 研究了不同形貌的二水草酸钙(COD)晶体对AOT的吸附差异, 探究草酸钙结石的形成机理。 采用X射线粉末衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征, 并通过谱图差异分析了吸附AOT前后棒状、 圆钝形、 花状、 十字形和双锥形COD晶体的组分变化; 采用Zeta电位分析仪测定吸附AOT后晶体表面的Zeta电位随AOT浓度的变化; 采用比色法通过紫外可见分光光度计测定不同浓度AOT存在下晶体的吸附量变化并绘制吸附曲线。 随着AOT浓度的增加, COD的吸附量逐渐上升, 最后达到吸附饱和状态, 各吸附曲线均呈S型。 不同形貌COD对AOT的最大吸附量大小顺序为: 棒状COD (41.0 mg·g-1)>圆钝形COD (37.5 mg·g-1)>花状COD (35.0 mg·g-1)>十字形COD (27.2 mg·g-1)>双锥形COD (20.9 mg·g-1)。 COD晶体的比表面积越大, 表面提供的活性位点也越多, 越有利于表面活性剂AOT在晶体表面的吸附; 富含Ca2+的(100)晶面更利于阴离子的AOT的优先吸附; 此外COD晶体的内能越大, 越会抑制AOT在COD表面的吸附, 导致吸附量降低。 吸附了AOT的COD晶体稳定性显著增加, COD向COM转变的速度明显降低。 基于AOT在不同形貌的COD晶体表面的吸附特点, 提出了COD晶体吸附AOT的分子模型。 COD晶体对AOT的吸附与晶体形貌密切相关。 容易吸附AOT的COD晶体形貌更容易粘附在带负电荷受损伤的细胞表面, 加大草酸钙结石形成的风险。

石墨相氮化碳(g-C3N4)的研究已成为光催化领域热点。本文以三聚氰氨为前驱体，采用甲醇回流法制备Er掺杂的g-C3N4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR DRS)、傅里叶红外光谱仪(IR)、荧光光谱(PL)、物理吸附(N2-physisorption)及共聚焦显微镜(CLSM)等手段对Er/g-C3N4催化剂进行系统表征。结果表明，稀土金属Er高分散于g-C3N4上，促使氮化碳表面氮空穴的产生。Er掺杂优化了氮化碳的能带结构，增强了其对可见光的吸收，提升电子-空穴对的分离效率，此外还发现Er/g-C3N4具有较强的上转换能力。在660 nm红光LED照射下，对罗丹明B的水溶液进行光催化降解，发现Er/g-C3N4的降解速率是g-C3N4的2.0倍，且发现超氧自由基为该体系中的主要活性物种。

本文以钛合金材料为研究对象, 对温度辅助激光冲击材料的残余应力分布规律进行了研究, 在试样表面温度为20 ℃、105 ℃、305 ℃、405 ℃下, 使用Nd:YAG纳秒激光器分别对TC4钛合金试样进行激光喷丸表面强化, 在高周疲劳条件下使用疲劳试验机对试样进行疲劳寿命测试和残余应力释放测试。实验表明, 经过10 050次循环载荷后, 在试样表面温度为20 ℃、105 ℃、305 ℃、405 ℃时, 激光喷丸TC4钛合金残余压应力幅值分别为-100 MPa、-70 MPa、-190 MPa、-152 MPa。在305 ℃时, 激光温喷丸试样发生断裂时, 轴向位移比未喷丸试样要明显高; 与未喷丸试样相比, 发生断裂时轴向位移比提高36.98%, 且激光温喷丸试样屈服强度要比其它试样显著高, 增加了其断裂韧性; 在305℃时, 激光温喷丸试样疲劳寿命最大值为147 975次, 是20 ℃激光喷丸的1.68倍。