因固体氧化物燃料电池(SOFC)各部件之间热膨胀系数不匹配，使电池在制备过程中存在较大的残余热应力，引入成分功能梯度层是一项能够有效缓解电池制备过程中残余热应力的技术。采用ANSYS软件开展电池中残余热应力和失效概率计算，研究了成分梯度分布因子n、梯度层子层数目w和梯度层厚度H对电池中应力和失效概率的影响。结果表明：功能梯度层能够明显降低电池中的应力和失效概率；分层数w超过2时，继续增加分层数对应力减小和失效概率降低无明显作用，分层数w=2是最佳分层数；当n较小时，随着梯度层厚度增加，阳极失效概率降低。最后对成分梯度电极的梯度设计进行了优化。

为了快速实现花瓶等具有回转体性质文物的三维数字化,提出了一种非接触式测量方法,并研制了一套文物数字化三维重建系统,克服了文物三维重建时内腔信息缺失以及纹理畸变的问题。对于内腔,通过光学镜片改变激光测距仪光束的方向,结合转台和导轨的运动来获取文物内腔的点云数据;外形点云由线激光扫描仪结合转台运动来获取;为减小文物纹理的畸变,通过相机搭配远心镜头来获取文物不同转动角度位置的纹理图像,然后把所有角度位置提取的像素依次拼接在一起,形成完整的外形纹理展开图。最后介绍了对系统测量误差进行标定与补偿的方法。实验结果表明:此系统可实现对花瓶类文物的三维数字化,重建精度在0.5 mm以内。可满足在博物馆现场对文物进行快速安全三维数字化的需求。

针对工业摄影测量中多基线、大倾角交向摄影时相对定向困难的问题, 提出一种混合式相对定向算法。算法先利用本质矩阵分解确立相对定向参数初值, 再利用非线性优化计算精确解。从共面条件获得的行列式出发, 推导本质矩阵与相对定向参数的内在联系, 给出求解本质矩阵的两种方法。然后讨论本质矩阵奇异值分解计算旋转矩阵和平移矢量, 同时给出剔除伪解的依据。基于共面条件方程, 建立相对定向参数非线性优化的目标函数。定向精度对比试验验证了所提出的混合算法的稳定性和高精度, 对卫星天线曲面的测量试验也进一步说明该算法在工程实践中的适用性和可靠性。

为了解决目前深海生物探索中存在的“有观无测”问题,提出并研发了基于立体视觉的深海生物原位观测系统。深入研究了水下三维视觉的关键技术,解决了水下视觉系统标定问题。针对游动生物扭曲段高精度测量,提出了一种基于Ramer算法的鱼类轮廓分段测量算法。结合特征匹配算法及极线约束条件完成匹配工作。基于所研制的搭载三维视觉系统的深海水下作业平台开展了试验，结果表明，在1.5m的工作距离条件下,水下测量精度为1.0mm。

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体, 设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统。首先, 基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型, 计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标, 单元模型的链接和光束平差, 获取全部角点的精确全局坐标, 作为立体定向靶标的全局控制点。然后, 设计了利用共面角点辅助定位的探针, 仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后, 利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵, 推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系, 进而求得探针测头的全局坐标。以量块(量棒)的标准长度作为评价指标, 在2 m×1.5 m的视场范围内测量精度优于0.1 mm。测量实验表明, 多视场三维视觉测量系统用于测量具有回转体结构特征的水壶, 能够获取水壶表面全部区域的点云数据。

标定方法一直是线结构光三维测量系统研究的关键要素。重点讨论了线结构光传感器标定方法中的三个问题:标定靶物、光平面标定方法以及标定精度评定方法的比较。首先,总结了常用的标定靶物类型及其标定特点,为标定靶物的选型提供参考;然后,按照标定靶物和传感器标定时的相对运动关系,将当前主要的光平面标定方法划分为三类,分别是靶物与传感器位置关系固定不动的标定方法、靶物与传感器之间存在可控运动的标定方法以及靶物与传感器之间可自由移动的标定方法;其次,系统归纳了现有标定精度的评定方法,分析了各种方法的原理以及特点;最后,总结了线结构光标定方法的发展现状,指出线结构光自扫描测量系统和水下标定是线结构光传感器的发展趋势。

为了提高立体视觉系统在大视场下的测量精度, 基于误差溯源思想提出了一种构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉系统标定方法, 克服了大尺寸高精度标定物难以制造等问题。对影响立体视觉系统测量精度的主要因素进行分析, 列出视觉测量系统的误差溯源链, 解析了大视场视觉系统精度瓶颈的原因。借助激光跟踪仪, 运用非线性最小二乘单位四元数算法求解坐标系刚体变换, 获取大范围高精度的空间点阵, 构建虚拟靶标。在相机畸变模型中考虑了三阶径向畸变和二阶切向畸变参数, 并使用Levenberg-Marquardt迭代算法进行标定参数求解, 进一步提高系统精度。实验构建了一套测量空间约为4 m×3 m×2 m的双目立体视觉系统, 通过对某型号高精度直线导轨进行点距测量, 在测量距离3 m处, 152组不同长度的横向距离测量的误差算术均值为-0.003 mm, 误差标准差为0.08 mm。测量精度相较于传统的平面标定法有较大提升。

旨在研究20种氨基酸的分子结构与其近红外光谱的相关性, 为氨基酸近红外光谱在动物科学、 食品和医药等方面的推广应用奠定一定的理论基础。 应用岛津傅里叶变换红外光谱仪IRPrestige-21及其近红外附件FlexIRTM Near-Infrared Fiber Optics module, 采集20种氨基酸标准物质在1 000～2 502 nm波长范围内的近红外光谱, 分辨率8 cm-1, 每个样品扫描3次, 每次扫描50遍, 取其平均值为氨基酸标准品的近红外光谱。 根据氨基酸侧链基团的不同, 分别比较脂肪族氨基酸、 芳香族氨基酸和杂环氨基酸中各氨基酸分子结构与其近红外光谱的相关性。 研究表明, 20种氨基酸在1 000～2 502 nm区域有非常明显的近红外光谱吸收且差异显著。 分子量较大的脂肪族氨基酸其近红外光谱受侧链基团的影响较大, 而甘氨酸近红外光谱受羧基和氨基的影响较大; 两种芳香族氨基酸近红外光谱的差异主要来自于苯环, 酪氨酸苯环上的—OH基团降低了苯分子的对称性, 导致更多振动吸收峰的出现; 杂环氨基酸因其侧链上杂环分子基团构成不同, 其近红外光谱在1 600～1 800 nm区域差异较大。 综上, 20种氨基酸主要存在4个特征光谱区: 第1特征光谱区为1 050～1 200 nm主要由C—H基团的二级倍频构成; 第2特征光谱区为1 300～1 500 nm主要由C—H基团的组合频构成; 因侧链基团分子构成不同, 在第3特征光谱区1 600～1 850 nm和第4特征光谱区2 000～2 502 nm表现出差异较大的特征吸收峰。 因此, 可以利用此4个近红外光谱特征区域对氨基酸进行定量和定性分析, 提高氨基酸近红外光谱模型预测的准确性。