高光谱成像凭借高的光谱分辨率、 图谱合一、 波段多的特点, 能够为待分类目标提供多维的参考信息, 从而提高分类精度。 爆炸破片的识别回收能够为爆炸威力的评估和防爆措施的设计提供参考。 针对当前破片检测中多采用可见光波段或红外波段等单个波段进行检测, 忽略了破片目标与背景对不同波长的光有着不同的吸收程度, 没有将多波段破片特征充分利用, 为此结合高光谱检测手段, 提出了一种空间分割结合光谱信息的爆炸破片识别方法。 在实验室环境下, 首先采集铁质破片、 石头、 树叶的高光谱图像, 对采集的样本图像数据做预处理, 包括去噪声以及黑白校正反演反射率信息等, 感兴趣区域随机提取三类样本像素点共750个, 随机选取600个点作为训练集其余作为测试集, 通过训练后得到预测准确度分别为88%、 88%、 94%的决策树模型。 其次模拟了铁质破片散落在含有石头树叶的沙土中的场景并采集其高光谱数据, 通过前后级联的空谱融合方法, 在空域经过图像增强和去噪等预处理之后, 采用边缘检测结合区域生长以及形态学处理的方法对空间图像进行分割, 得到沙土上有形态的目标, 空间分割的交并比(IOU)达到93.5%, 真阳率(TPR)达到97.4%； 然后结合光谱域训练得到的决策树模型, 对各个分割区域的每个像素点进行谱域的类型识别, 参与分类的三类像素点个数分别为146 172、 50 484、 213 438, 识别准确度分别为87%、 86%、 96%； 最后将分类结果可视化, 以每个区域像素点最多的一类代表该区域类别, 将目标破片与石子和树叶两种背景进行了准确的识别, 以标定后的分割图像为标准, 三类像素点个数分别为155 502、 52 045、 217 794, 识别率分别为94%、 97%、 98%。 分析结果表明空间分割结合光谱信息的识别方法能够有效利用空间和高光谱的特征信息对铁质破片目标进行准确识别。 同时验证了使用高光谱成像进行空谱联合识别爆炸破片的科学性以及可行性, 对未来采用智能化识别破片的方式评估破片战斗部威力具有一定的实用意义。

为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准, 使其满足线性相位调制的应用需求, 采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性, 分析了实验系统的测量原理, 取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据, 并进行了线性校准。结果表明, 实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π, 利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线, 相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996; 该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性, 具有较高的测量精度, 相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。

为探究双涡旋光干涉图样对微测量精度的影响，基于双涡旋光干涉原理，提出一种测量涡旋光自干涉图样的方法。分析了双涡旋光干涉图像的影响因素，设计并搭建了测量双涡旋光剪切干涉图样特性的光学系统。通过采集同一条件下物体移到不同距离后的双涡旋光干涉图像，利用图像相关法计算分析涡旋光相位奇点位置与拓扑荷数对双涡旋光干涉图像的影响，将实验结果与理论值对比发现条纹倾斜角和宽度分别为0°和0.1714 mm时，两相位奇点像素位置分别为（351，251）和（151，251）、拓扑荷数为1的双涡旋光干涉图像测量偏差值最小，即两光束相位奇点位于图像中心且连线方向正交于条纹方向的低拓扑荷数双涡旋光干涉图像更适用于微测量领域。

为了校准液晶空间光调制器，基于偏振显示原理提出一种测量液晶空间光调制器相位调制特性的方法。首先分析液晶空间光调制器对入射线偏振光偏振态的调制特性，然后建立椭圆偏振光经过角向偏振显示器后的长轴方向与液晶空间光调制器相位调制量的理论关系，并搭建测量液晶空间光调制器相位特性的光学系统。结果表明，所用的空间光调制器的最大相位调制量为2.45π rad，在15~210灰度范围内的相位调制曲线近似呈线性分布。最后采用反插值法对相位调制曲线进行线性校正，并生成输入灰度和驱动灰度的查找表，校正后的相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9993。

在原向反射式激光光幕测速技术中, 针对半导体激光光源产生的激光光束散射角使得出射光幕厚度不一致、原向反射屏产生的反射光幕剩余发散角使反射光幕厚度不一致这两方面导致弹丸穿过光幕不同位置触发光幕响应时间不一致的问题, 根据几何光学原理, 对半导体激光器弧矢与子午方向建立数学模型, 设计了具有不同面型的非球面准直透镜组, 将出射光斑尺寸控制在1 mm之内且子午和弧矢方向发散角分别为0.13 mrad、0.46 mrad。出射光束经过Powell透镜一维扩束后, 形成厚度为1 mm、均匀度达到85.7%的扇形出射光幕, 经过原向反射后, 配合狭缝光阑使反射光幕有效厚度控制在1 mm。使用Zemax软件模拟弹丸过靶仿真, 弹丸不遮挡系统光幕时探测器接收到原向反射光强1.54 mW, 弹丸遮挡系统光幕时探测器接收到原向反射光强为1.03 mW。当弹丸紧贴出射光幕侧面边缘(即1 mm光幕边缘), 分别距离光源100 mm、300 mm、500 mm处的弹丸触发探测器接收到的光强大小均为1.54 mW, 显然, 光强相对于无弹丸遮挡光幕情况下没有产生变化, 证明系统有效可探测光幕厚度一致且为1 mm。该结果表明, 本研究方案具有可行性。

高光谱成像因光谱分辨率高、 图谱合一、 可实现快速无损检测等特点现已广泛应用于农业、 医学、 遥感等领域。 现有的对可回收生活垃圾检测与分类的方法, 都存在检测时间长, 分类效率低, 而大量多种垃圾无法同时快速分拣等问题。 考虑到不同类别的生活垃圾由于其主要组成分子结构的差异, 对不同波长的光有不同的吸收特性。 高光谱图像在记录待分类垃圾的空间信息的同时, 可以获得垃圾对不同波长的光的反射率光谱信息, 通过建立识别分类模型对反射率光谱信息进行分析可以实现对高光谱图像中待分类垃圾的识别与分类。 收集常见纸质、 塑料、 木质三种材料的可回收的垃圾样本, 包括塑料瓶、 食品包装袋、 塑料玩具（饰品）碎片、 一次性筷子、 雪糕棒、 木制家具碎片、 木制包装盒、 废旧课本、 广告纸、 办公用纸等多种物品共30个样本, 进行清洗和裁剪处理, 避免样本表面污渍对样本反射率产生影响。 利用高光谱成像系统采集样本在近红外（780～1 000 nm）范围内的高光谱图像, 其中18个样本做训练样本集, 12个样本做测试样本集。 对采集的样本图像数据做预处理, 包括去噪声以及黑白校正反演反射率信息等处理; 通过主成分分析（PCA）方法对训练样本集感兴趣区域（ROI）进行分析, 提取到的特征波段为795.815, 836.869, 885.619, 916.409, 929.239, 934.37, 957.463, 972.858和988.253 nm; 在特征波段下分别提取这三种类别垃圾的参考光谱, 通过光谱角度填图法（SAM）对测试样本ROI区域内提取的测试样本点集在特征波段下与参考光谱进行匹配, 由匹配程度进行样本点归类, 分析结果表明, 测试样本集中纸制样本（A类别）、 塑料样本（别）、 木制样本（C类别）的分类准确度分别为100%, 98%和100%, 测试样本点集整体的分类准确度为99.33%; 通过Fisher判别方法分析训练样本集得出判别函数式和判别准则, 对测试样本点集分类, 评价结果为A, B和C类样本分类准确度分别为100%, 100%和97%, 测试样本点集整体分类准确度为99%。 通过SAM和Fisher两种判别方法对测试样本集的光谱图像进行目标物的检测与分类, 结果表明, 利用SAM判别方法在可回收垃圾的高光谱图像中实现检测与分类有更高的分类准确度, 可达到99.33%。 同时, 也验证了使用高光谱成像进行可回收垃圾快速分类的科学性以及可行性, 对未来系统化、 机械化、 智能化地解决生活中可回收垃圾的分类具有一定的实用意义。

在临床中人血清白蛋白浓度的快速检测对多种重大疾病的诊断具有重要意义, 而现有的医疗检测设备普遍存在体积大、 测试周期长、 操作复杂等缺点, 设计研究一种快速的、 高精度的便携式人血清白蛋白浓度检测系统具有非常广阔的应用前景。 设计了基于共振瑞利散射光谱分析的人血清白蛋白浓度检测系统。 由于人血清白蛋白与四氨基酞菁铜反应产生的溶液在4750 nm处具有共振瑞利散射增强的效果, 从而构建了共振瑞利散射强度与人血清白蛋白浓度的函数。 实验采用紫外半导体激光器与4750 nm窄带滤光片联用, 配合高增益光电探测器采集散射光信号。 采用不同浓度的四氨基酞菁铜溶液分别对不同浓度的人血清白蛋白进行检测, 实验结果显示, 响应电压会随人血清白蛋白浓度的提高而明显增大, 而对四氨基酞菁铜的浓度变化并不敏感; 散射光产生的响应电压与人血清白蛋白浓度在01～10 μg·mL-1范围内基本满足线性变化, 满足快速检测的设计要求。

为了解决战斗部爆炸过程中, 因爆炸物当量较大造成爆燃火球持续时间长, 覆盖面积大, 近场位置破片速度参数难于获取的问题, 提出一种以激光光幕为有效传感区域的光电收发一体的测试方法。 通过分析三种不同类型战斗部爆炸火光特征光谱分布可知, 在0.3~1.0 μm波段内火光相对光强度较低。 以此为依据, 采用定距测时原理和原向反射技术, 由固体激光器、 菲涅尔透镜、 窄带滤光器、 高速光电传感器等关键光学元件构建破片速度参数获取的光学系统。 系统光路收发一体, 结构紧凑, 窄带滤光片与激光光源配合使用避开火光光谱, 有效抑制背景光的干扰。 采用该系统进行了不同型号、 当量的战斗部静爆破片速度参数测试现场实验, 通过美国NI数据采集系统记录数据并对信号进行去噪和识别, 成功获取了较高信噪比的波形信号。 实验结果表明: 本方案可完成爆心10~15 m附近破片速度的准确测试, 最小可测破片尺寸为4 mm, 获取破片速度可达1 200 m·s-1, 与靶板测试结果对比可知捕获率优于95%。 由于采用菲涅尔透镜形成矩形光幕, 光幕上下的光强分布一致, 水平方向光强均匀度达到80%以上, 因此系统还可初步区分预制破片速度与尺寸的对应关系。