为了满足中波红外光谱分析的需要, 设计了Offner型中波红外成像光谱仪。在分析红外系统消热差方程的基础上, 明确通过选择不同热特性材料的合理组合可以设计出合理的消热差光学结构; 在分析Offner结构原理的基础上, 建立了一种简化的初始结构求解过程以及采用光学仿真软件进行优化的设计方法。最后, 利用该方法设计了工作波段为3~5 μm 的推扫式成像光谱仪, 并进行了一体化消热差设计, 工作温度范围为-40~100 ℃, 全视场范围内的弥散斑小于30 μm, 调制传递函数值在空间截止频率16.7 lp/mm处均大于0.35, 光谱分辨率小于15.6 nm, 具有较好的光谱分光性能。

为了满足地物成像光谱分析的需要，设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜；通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构；通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距；通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000 nm，视场角为40°，全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67，光谱分辨率小于3 nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验，实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像，性能良好.

为了减少人眼判读对血型分析结果的人为因素干扰,设计了自动血型图像判读系统.对该系统所采用的硬件组成和软件识别算法进行研究.采用DSP芯片、SDRAM芯片、FLASH芯片、图像编码芯片、图像解码芯片、U盘/SD卡读写芯片等设计了本系统的硬件;采用灰度变换、平滑滤波、模板匹配、阈值处理、颜色分量提取等算法设计了本系统的软件识别算法.实验结果表明:本系统采用的算法可以有效地分割出血型卡中的微柱小管,并实现红细胞分布的有效识别;同时,采用颜色分量提取的方法可以有效地区分血型卡的种类.本系统基本满足血型图像自动判读的要求.

为了实现对近红外荧光的高分辨率扫描, 设计了工作在近红外光谱区的激光共聚焦光学系统。采用结构简单的凹凸双透镜物镜实现了照明光路和发射光路的设计, 并采用Zemax软件进行了光学设计和仿真。实验表明: 照明光路的聚焦弥散斑小于1 μm, 照明针孔处的聚焦光斑小于40 μm, 满足照明针孔的尺寸要求; 发射针孔处的聚焦光斑小于10 μm, 满足探测针孔尺寸要求; 同时照明光路和发射光路的MTF曲线的截止频率都分别满足其衍射极限分辨率的要求, 照明光路在全视场空间分辨率420 lp/mm处MTF>0.08, 发射光路在全视场空间频率400 lp/mm处MTF>0.07。

研究了一种基于单光子计数技术的新型半自动化学发光免疫分析仪。利用光电倍增管(PMT, Photomultiplier)作为微弱荧光的检测元件,采用单光子计数技术来测量微弱荧光光强,并且使用自主设计的测量暗室和聚光光路来提高光子采集效率。以浓度为3 mIU/ml的卵泡刺激素(FSH)为例,分别用不加聚光光路、单独加抛物面反射器、加了聚光光路测量其反应后的光子数值,所得光子数平均值分别是91 610.8、115 307.4、149 500.8,单独加抛物面反射器和加上聚光光路后的光子采集效率比不加聚光光路时分别提高了25.86%和63.19%。设计的新型半自动化学发光免疫分析仪采用自主研发的测量暗室和聚光光路,极大的提高了测量结果的准确性。

为了对物体的微观三维形貌进行高精度测量, 开发了基于结构光的数字栅线三维纹理测量系统, 该系统利用解位相的方法进行物体三维高度信息的计算。 首先对相位主值的计算, 采用了4步等步长相移法采集16幅等步长的相移图像, 分成4组分别计算相位主值, 再求其平均值作为最终的相位主值。 为了滤除噪声及投影仪、 CCD相机畸变等各种影响, 对采集的条纹图像采用了自适应维纳滤波和小波多阈值方法进行预处理; 其次对于位相展开, 提出了基于多频的梯度导向相位展开算法, 能够有效避开相位间断点, 具有稳定的展开结果。 实验结果表明, 此系统所使用的方法在条纹图的P0=22.7 mm-1时, 获取的三维信息分辨率为2.75 μm, 高度信息精度优于0.5 μm, 同时具有测量快速, 操作简单, 无接触等特点, 能够满足高精度的微观三维形貌测量的要求。