毫米波图像被广泛应用于人体安检的违禁物品检测，但是现阶段不同的预处理方法对毫米波图像目标检测的准确度有着较大的影响。通过空间滤波、空间滤波加最大值聚类和空间滤波加最小值聚类的方法对数据进行预处理，比对不同方法目标检测的准确度。实验结果表明，以上3种方法均能有效提高目标检测的定位准确度，其中空间滤波为最佳预处理方法，准确率能达到92.3％，相较于未经预处理原始数据的准确度提高了约4％。因此基于空间位置的滤波方法比基于反射强度的聚类滤波方法能更有效地提高毫米波图像检测的准确度，为提升主动式毫米波全息图像目标检测准确度的任务提供了一种参考依据。

提出了一种红外辐射特性测量教学训练系统。利用该系统，结合红外辐射特性测量设备的任务及结构原理，设计了近20个操作科目；并阐述了红外辐射特性测量系统标定原理，实现了红外辐射特性测量教学系统的软硬件系统设计；研究并确立了红外探测器指标测试操作科目的计算模型。经实验验证，该系统能满足教学训练要求，有助于士官院校学员对红外辐射特性测量系统原理、结构的学习和掌握。

动作识别是计算机视觉领域的一项重要任务，主要有基于RGB视频和人体骨架两种数据模态的领域，主流方法分别是3D卷积神经网络和图卷积神经网络。针对视频和人体骨架两种数据模态的不同特点，设计了双分支网络分别对两种数据模态进行建模。对于人体骨架数据，基于自注意力机制设计了图卷积神经网络，该算法能在基于骨架的动作识别任务中达到先进的性能。对于视频数据，采用3D卷积网络进行特征提取。同时，利用深监督方法对两种数据模态的中间特征进行监督，提高两种数据特征的耦合度，进一步提高网络效率。这种算法的网络结构简单，在NTU-RGBD60（CS）数据集上仅用3.37×10⁷的参数量可达到95.6%的精度。

针对目前胶囊内窥镜存在分辨率低，视场角有限，受噪声影响大等问题，提出了系统解决方案。通过引入Q-type非球面校正像差，得到一款全视场角为160°，相对孔径为F#3.0，系统总长为4.3 mm的内窥镜成像镜头，在140 lp/mm处各视场调制传递函数（MTF）值均大于0.3。光学系统成像质量的好坏不仅取决于镜头的性能，还与图像传感器有关，尤其在低照度环境下。通过分析传感器工作时各个阶段噪声的特性得到噪声模型。利用建立的噪声模型，合成了胶囊内窥镜图像数据集，并训练神经网络模型。对算法模型的测试结果表明，本文提出的综合解决方案可以有效地提高胶囊内窥镜系统的成像质量。

平衡零拍探测器存在共模抑制比小、响应带宽低等问题。针对以上问题，尝试从两方面进行改进：一方面，通过测试探测器中光电检测器（PIN光电二极管）的响应特性，选择性能相近的器件进行平衡探测，以提升共模抑制比；另一方面，采用跨阻放大与比例运放级联的方式对光电流信号进行提取，解决一级采样放大器增益带宽积局限的问题，在保障灵敏度的同时提升探测器的响应带宽。由此实现了300 MHz的平衡零拍探测，共模抑制比高达66 dB，并有效检测了光信号中的量子散粒噪声，为高速灵敏探测提供了一种有效技术方案。

动作识别是计算机视觉基础任务之一，骨架序列包含了大部分的动作信息，因此基于骨架的动作识别算法受到很多学者关注。人体骨架在数学上是一个天然的图，所以图卷积被广泛应用于动作识别。但普通的图卷积只聚合两两节点间的低阶信息，不能建模多节点间的高阶复杂关系。针对此问题，本文提出一种多尺度超图卷积网络，在空间和时间两个维度聚合更丰富的信息，提高动作识别准确度。多尺度超图卷积网络采用编解码结构，编码器使用超图卷积模块聚合超边中多个节点间的相关信息，解码器使用超图融合模块恢复原始骨架结构，另外基于空洞卷积设计了多尺度时间图卷积模块以更好地聚合时间维度运动信息。NTU-RGB+D和Kinetics数据集上的实验结果验证了算法的有效性。

相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)是一种受激拉曼现象，在显微成像时，存在非共振背景，会导致光谱产生峰位偏移和谱线变形。本文利用飞秒激光作为光源，通过光栅滤波系统产生窄带泵浦光，飞秒激光激发光子晶体光纤产生超连续谱作为斯托克斯光，两束光被调制为圆偏振光后同时激发样品产生CARS光谱。通过模拟计算说明圆偏振光可以有效去除各向异性材料CARS光谱中的非共振背景，从而使CARS光谱具有和自发拉曼相似的谱线形状。聚苯乙烯微球和液晶样品的CARS光谱实验结果与模拟计算基本相符，说明圆偏振是一种有效去除CARS光谱非共振背景的方法。

贵金属表面附近的荧光分子因其表面等离子体共振的影响，荧光发射特性发生显著变化，被广泛应用在荧光探针等纳米器件的设计、开发中。荧光分子与金属之间的能量转移机制是设计此类荧光探针的基础。使用时域有限差分(FDTD)方法，对Au/SiO₂/Ag核壳纳米复合结构的等离子体杂化场中荧光单分子的表面能量转移（SET）效应和金属操控自发辐射效应进行了理论仿真研究。研究了金核和银壳共同作用时，荧光分子的SET和金属调控自发辐射过程随荧光分子位置及分子偶极矩取向的变化规律。计算结果表明，由于金核和银壳之间的局域表面等离子体共振杂化耦合，荧光分子与金属间的能量转移效率与距离d呈现出10次方的关系，这一结果明显区别于常规的荧光共振能量转移（FRET）效应，较之单金属结构的SET效应更加剧烈。这一结果有希望在生物光子学领域的纳米级局域光源的创建和生物分子的检测中得到应用。

量化堆积颗粒的几何结构对于理解颗粒系统的宏观力学性质具有重要价值。本文通过Cell来量化圆盘颗粒在二维筒仓内的几何结构，发现重力驱动条件下Cell形状的概率分布满足指数函数分布，与颗粒系统的大小无关。值得注意的是，振动驱动条件下形如三角形的Cell发生了激增现象，形成概率提高了19%，而其他形状的Cell概率分布仍然满足指数函数分布。实验结果揭示了无序颗粒系统中介尺度条件下的有序堆积结构特征，为完善颗粒力学理论提供了数据参考。

为了让光纤中产生轨道角动量 (orbital angular momentum，OAM) 模式更加集成化，提出了一种利用光子晶体光纤 (photonic crystal fiber，PCF) 产生轨道角动量模式的方法。通过设计特殊的PCF，使其本征模的奇偶模传输速度不同，在传输一段距离后形成π/2相位差，从而产生OAM模式。该PCF由中心空气孔、二氧化硅环形层和外包层构成，其中外包层由两层圆形空气孔组成，每层圆的数目为2n+2个，对应产生n阶OAM模式。采用有限元法对所设计光纤进行了三维数值仿真分析，成功产生了+2、+3、+4、+5阶OAM模式。该PCF产生OAM模式的方法，满足了未来光纤通信系统集成化、小型化的趋势，在全光纤模分复用系统中有着潜在的应用前景。

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM)，实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出，由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大，实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1560 nm脉冲输出；通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频，获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术，进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟，12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。

关联成像是一种基于光场二阶或高阶关联的主动间接成像技术，具有灵敏度高、抗干扰能力强等特点，在生物医学成像、遥感成像、海洋探测等领域有着重要的利用价值。然而，关联成像过程中对采样数的要求导致采样时间长、成像速度慢。如何在低采样的情况下获得高质量的图像重构依旧是关联成像在实际应用中需要解决的问题之一。详细阐述了关联成像的原理并介绍了近几年低采样关联成像的进展情况，如以深度学习为主的计算关联成像的理论及实验研究成果，并对关联成像的应用进行了总结和展望。