V）, 易受到因流体中折射率的不均匀性或晃动的介质边界引起的光学畸变而带来的影响。这些畸变会使得示踪粒子在图像上的位置分布产生误差且严重影响图像清晰度，从而增大流场速度测量的误差。为了提高光学流场速度测量的测量精度，自适应光学系统可以应用于其中去校正光学畸变。基于图像流场测量中的光学像差具有频率高，动态范围大，空间分辨率高等特点，对于这一应用场景，基于波前校正器件的自适应光学系统受到了器件本身性能的影响。本文是基于深度学习的自适应光学技术在流场测量中的应用，建立了一种基于深度神经网络的无波前校正器件自适应光学校正技术，以深度神经网络代替传统的波前校正器件，用于粒子图像测速技术中的光学畸变校正。为了生成神经网络所需要的训练和测试 数据集，搭建了可以实现波前测量的粒子图像测速实验平台，分析并建立了光学畸变在粒子图像上的图像退化模型。最后，以校正后PIV图像的校正效果和流场速度测量结果作为评价标准，对所建立神经网络的畸变校正性能进行了分析。 
海面的强镜面反射导致强烈太阳耀光,造成海面目标探测中目标丢失.针对该问题,利用渥拉斯顿棱镜的分光特性及海面杂波的偏振特性,设计了一种中波红外实时偏振成像系统,经分光在同一探测器上获得两幅偏振态相互正交的目标场景偏振子图像.并通过偏振子图像计算场景偏振度,结合目标与背景的偏振特性差异,为准确识别目标提供依据.结果表明,该系统能够有效抑制太阳耀光,并能够充分利用偏振度实现目标探测.
简述了新型静态偏振风成像干涉仪的原理,推导出一般情况下系统的Jones矩阵.在此基础上计算了系统中各偏振器件重要参数在非理想情况下对风速和温度探测结果的影响.利用计算机模拟对探测误差进行了分析,并按照系统精度要求从理论上提出了各重要参数的误差容限.该研究为新型静态偏振风成像干涉仪的研制、定标及后期数据处理提供了理论依据.
目的:检测中药木鳖子乙醇提取物对羟基桂皮醛(CMSP)的毒性,为其应用于临床肿瘤治疗提供毒理学依据。方法:60只昆明小鼠(4～6周龄,雌雄各半)分为空白对照组,CMSP200mg/kg和400mg/kg染毒组,每组20只,采用腹腔注射的方式染毒,每周3次,每次100μL,连续28d。观察各组小鼠一般状态,28d后,处死小鼠,摘眼球取血,采用全自动血细胞分析仪及全自动生化分析仪检测小鼠血常规、肝肾功能和心肌酶谱等生化指标,并计数雄性小鼠精子畸形率,同时采用HE染色观察各组小鼠重要脏器组织的病理改变。观察骨髓细胞微核形成率。结果:观察期内无小鼠死亡,各组小鼠血常规指标、雄性小鼠精子畸形率与对照组相比,差异均无统计学意义(P&gt;0.05),高剂量CMSP组小鼠外周血ALT和AST较对照组高(P&lt;0.05),肾功能及心肌酶谱无明显差异(P&gt;0.05)。HE染色结果显示各组小鼠内脏组织均未观察到肉眼可见的病理改变。小鼠骨髓细胞微核形成率亦无明显变化(P&gt;0.05)。结论:在本研究中,我们发现CMSP具有相对较小的毒性作用,因此可考虑应用于肿瘤临床治疗中,但在后续研究中需充分关注其可能具有的肝功能损伤作用。
以Kogelnik的体相位光栅耦合波理论为基础,通过测量光折变体光栅的衍射效率与布喇格偏移角的关系曲线,并根据该曲线的3 dB带宽和旁瓣峰值的相对大小及其角度偏移量,可计算出光折变体光栅的折射率调制度和有效厚度。对LiNbO3:Fe晶体的实验测量结果很好地验证了该方法的可行性,其测量精度与数字全息术和马赫 曾德干涉仪的方法相当,但测量过程却更加简单。
介绍了波片的相位延迟量随温度的变化行为,并提出一种测量相位延迟量的方法。由于温度的变化会对波片的相位延迟量产生影响,从而影响波片的使用精确度,为减小此影响,提高波片在不同温度下的使用精确度,需要对波片的特性进行分析。理论和数值地分析了石英波片的温度特性,得到石英波片的折射率温度系数和热膨胀系数的关系及折射率温度系数与波长的关系,为正确设计和使用波片提供参数选择依据。一块厚约1.8 mm的波片,对应波长632.8 nm,温度每升高1℃,其延迟量约减少1°。针对石英波片在不同温度下使用时的不足之处,提出一种测量方法(即电光调制法)用来测量波片的相位延迟量,当信号电压控制在±700 V时,其延迟测量精度可控制在1%以内。
本文应用体外培养人淋巴细胞和小鼠骨髓细胞微核的检测，对低剂量γ射线与香烟的复合诱变作用进行了研究。结果表明：香烟（０８～１支／ｍｌ）与低剂量γ射线（０．２５１０Ｇｙ）均显著诱发培养人淋巴细胞微核的形成（Ｐ＜００１），并呈明显的剂量效应；低剂量γ射线联合香烟处理培养人淋巴细胞，诱发微核率显著高于对照组。小鼠体内实验也表明了低剂γ射线联合高浓度香烟对小鼠骨髓细胞微核有明显诱发作用。结果提示低剂量γ射线联合香烟可加强遗传物质的损伤
热液释放的高温甲烷气体经扩散作用先后进入海洋和大气,并对地球物理、化学和生物方面产生深刻影响。由于海洋溶解甲烷数据的缺乏,导致人们对深海热液释放甲烷的活动机制和环境效应还缺乏足够的认识。我们前期提出一种光学被动成像干涉系统OPIIS用于热液甲烷浓度、温度和压强的实时探测和长期观测。为了从OPIIS的干涉光谱中精确、稳定、快速的获取热液甲烷信息,采用将干涉光谱与偏最小二乘法相结合的方法处理OPIIS数据。首先分别建立三个甲烷浓度、温度和压强的单因变量预测模型,再利用干涉条纹与辐射光谱的关系,间接建立干涉光谱与甲烷浓度、温度和压强的PLS预测模型,提高了预测模型在实际应用中的抗干扰能力和稳定性。基于洛仑兹线型建立了不同于大气环境的深海气体辐射模型,并利用HITRAN2016分子光谱数据库的光谱参数,建立了深海甲烷在任意浓度、任意温度和任意压强下的辐射光谱数据库。挑选热液其他气体对甲烷探测干扰较小的甲烷泛频带1.64～1.66μm内的六条谱线建立甲烷辐射光谱与浓度、温度和压强的偏最小二乘回归模型。另外,分析了训练集取样个数、取样间隔和主成分个数对提高预测模型综合性能的作用。利用不同训练集样本数,不同训练集取样间隔和不同的主成分数,分别建立96个浓度、温度和压强预测模型,并分别利用25组预测集样本对预测模型进行交叉验证。不同模型预测均方根误差和决定系数的对比表明,训练集取样个数、取样间隔和主成分个数等单一因素的改变并不能同时提高预测模型的预测精度、稳定性、适用范围和运算量等综合性能。经过平衡选取各项指标确定的最优回归模型的参数为:浓度、温度和压强的适用范围分别为5～375 mmol·L, 580～678 K, 10～34.5 MPa,浓度、温度和压强的训练集取样个数分别为50组, 25组, 25组,采样间隔分别为5 mmol·L, 2 K, 0.5 MPa,浓度、温度和压强预测模型的主成分数分别为2, 2, 5。浓度、温度和压强预测模型的预测均方根误差分别为3.082×10, 0.977 0, 5.052×10,决定系数分别为0.999 9, 0.998 9, 0.999 9。浓度、温度和压强的预测误差分别为±1.21×10,±3.63×10,±9.49×10,对应的预测精度分别为±45.4 nmol·L,±2.5 K,±3.3×10 MPa。结果表明,干涉光谱结合偏最小二乘法的反演算法可以精确、稳定、快速的获取热液甲烷气体的浓度、温度和压强信息。
针对大气湍流引起的激光光强、相位和传输方向的随机变化对大气激光通信质量的影响,开展了用自适应光学(AO)技术校正大气湍流影响的研究。定量分析了自适应光学技术在通信波段校正大气湍流的效果。利用中国科学院光电技术研究所研制的安装在云南丽江高美谷观测站的1.8m望远镜和127单元AO系统,在1 550nm通信波段对不同高度角的恒星进行了大气湍流校正实验。通过采集校正后的恒星图像,分析了校正后的斯特勒尔比,同时记录下当时的大气相干长度,由此得到了在不同大气湍流条件下的校正效果。实验表明,当大气湍流强度D/r0(1 550nm)小于6.5时,校正后的波面RMS值可以小于1rad,即在中弱大气湍流条件下,该AO系统可以有效地对大气湍流进行校正。
X射线强度关联干涉测量为实现高分辨率脉冲星信息获取提供一条可行的技术途径,但现有的X射线探测器能量分辨率有限,探测到的X射线信号有一定能谱展宽,从而导致测量精度降低。为解决这一问题,基于不同能量相干曲线之间的缩放关系,提出一种强度关联干涉测量能谱展宽校正方法。通过仿真分析了校正前后的测量误差,探讨噪声对该校正方法的影响,并进行了可见光波段的模拟干涉测量实验,结果表明校正后的测量值与理论值相符,从而验证了该方法的有效性。
量子雷达散射截面是描述光量子态照射下目标可见性的重要参数.本文对量子雷达散射截面的推导进行了扩展,使其可以应用于非平面凸目标的QRCS计算.针对面心立方、体心立方以及密排六方三种金属原子晶格所构成的目标的量子雷达散射截面进行了计算,结果表明不同的原子排列方式下,目标QRCS主瓣基本不变,而量子旁瓣在原子排列稀疏的目标中更为明显.
鉴于当前光学抛物面面形参数计算模型的复杂性,为解决直接基于抛物面的有限元分析数据,获取高精度抛物面面形参数的计算问题,提出了一种新的光学抛物面形参数计算方法。首先,提出了光学抛物面有限元离散误差的概念,并对其消除技术进行了研究,这也是高精度算法的关键数据处理环节;其次,采用刚体位移数据处理算法分离了抛物面面形的刚体位移与面形畸变位移;最后,采用最优化设计算法获取了抛物面面形均方根等参数计算所需的基础数据。在对抛物面面形参数计算方法研究的基础上,讨论了其算法实现,并对算法程序的正确性进行了校验。校验结果表明:高精度抛物面面形参数计算方法计算精度高,算法校验误差在6%左右,该算法精度能够满足工程需求;为外部热力载荷作用下,光学面形参数的高精度计算提供了新的技术参考。 
为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构建的装置,利用平衡探测,分别采用PDT和一般外差探测完成多组次实验,应用单频检测方法得到20m光程下吸收气体不同浓度下相干中频信号的振幅值,并由此求解出on光和off光回波信号功率。对回波信号功率值差分信息与由HITRAN得到的参考差分信息比较发现:应用PDT能使探测分辨率提高4倍,对应到2km距离内,可以探测到3.5×10-6ppm的CO2浓度变化,满足了气候研究所需的优于1%的精度要求,验证了PDT消除偏振衰落以及提高相干DIAL分辨精度的作用。
用于遥感光谱成像的光谱成像仪普遍存在信息获取慢、光子收集效率低、信噪比低或焦平面阵列大等问题,另外数据立方体庞大的数据量给数据传输造成了极大压力。为了从根本上解决这些问题,文章提出将压缩编码孔径应用于遥感光谱成像中,即压缩编码孔径遥感光谱成像。文章对卫星平台的俯仰、侧滚和偏航运动进行建模,然后利用此模型对成像过程进行仿真和重建,提高了成像品质。由于运动模型以及压缩编码孔径成像技术的引入,使得遥感光谱图像的压缩在成像过程中完成,从而大大提高了传统焦平面阵列的利用率,减小了数据传输的压力,减小了成像光谱仪的体积、质量与成本。
通过数值模拟光丝与负电晕相互作用过程中的空间电场分布,实验观测飞秒激光诱导负电晕放电现象,研究了空气中飞秒激光光丝与针-板电极结构中产生的负电晕之间的相互作用的规律和机理。模拟和实验结果表明,在相互作用过程中,光丝末端出现高于雪崩电离阈值的空间电场分布,产生了负电晕放电现象。通过调控光丝长度可以控制负电晕的作用区域,由此提出一种全光诱导负电晕的新方法。 
激光雷达由于其极高的探测灵敏度,使其在探测过程中具有明显的微多普勒效应。目前,对直升机旋翼微多普勒的研究大部分是在直升机处于悬停状态的基础上,但是在实际情况中直升机是在做各种运动。利用PO法对直升机旋翼叶片的RCS进行了计算,建立了直升机旋翼回波的微多普勒模型。并基于该模型,以AH-64武装直升机为例,分别对作直线运动和俯仰运动的直升机旋翼的微多普勒效应进行了仿真和数值分析。研究结果表明,通过对直升机旋翼的距离单元曲线以及微多普勒频谱的分析可以初步判断直升机的运动状态,为下一步运动直升机的微多普勒识别提供了参考和借鉴。
多光束傅里叶望远镜(MFT)对运动的深空暗目标快速成像有着独特的优势,但光学、电学、机械、软件等未突破的关键技术制约着其发展。根据傅里叶望远镜的成像原理和戈洛姆法则(Golomb ruler),分析选取了多光束成像下每束光的移频量,并设计了符合系统要求的声光移频器。结果表明,采用Golomb ruler时,31束光系统下的最大相对移频量为7.47MHz,设计的声光移频器通光孔径为8mm,全频带下最低衍射效率为0.9021,各指标都能满足系统需求。因此,多光束傅里叶望远镜的移频技术可行。
正常生物体内的自由基产生和清除是处在平衡状态的，另一方面，外界环境中存在着多种形式的自由基，其性质活泼，易与体内多种物质发生化学反应，与内源性自由基一起影响着细胞的生长、分化及死亡过程，在肿瘤的发生发展中起一定作用。本实验结果表明，过氧化氢与细胞生长状态之间存在剂量—反应关系，低浓度的过氧化氢（１５μｍｏｌ／１０ｍｌ培养液）作用可刺激细胞增殖，在５０－１００μｍｏｌ／１０ｍｌ培养液浓度范围内引起细胞凋亡样改变，而当浓度大于１００μｍｏｌ／１０ｍｌ培养液时，则可直接导致细胞坏死。本研究结果为进一步探讨人为施加干预，定向诱导细胞生长状态发生变化提供了有意义的资料，为肿瘤的防治研究提供了一个新的思路
β─胡萝卜素拮抗ＨｇＣｌ２致小鼠微核作用的研究周纯先，王帮霞，肖棣，王允滋（蚌埠医学院卫生学教研室蚌埠２３３００３）应用微核试验方法对β─胡萝卜素拮抗氯化汞（ＨｇＣｌ２）致小鼠胸骨骨髓多染红细胞微核作用进行了研究。试验选用体重１８─２５ｇ的昆明种小鼠...
文中讨论了偏振态脉冲激光辐射微孔加工的一些实验。首次发现了偏振态激光打孔具有的独特优势—良好圆度、边缘光洁整体和较高的重复性；分析了其原因，同时对偏振态脉冲激光辐射影响微孔质量（孔形、孔深、锥度、入口孔径、出口孔径）的一些因素，如泵浦能量、光阑的选择及其大小，光学系统的焦距等也作了较为详细的研究和测试，得到了具有参考价值的结果
为了提升图像采集系统存储量和实时性，该文设计了一种基于Xilinx FPGA和DDR3SDRAM的小型化图像采集系统。系统主要包含CMOS相机配置、图像数据转换、DDR读写控制和VGA接口显示，有效地实现了图像IIC接口采集、乒乓操作模式存储和RGB彩色显示功能。文中介绍了系统工作原理和结构，并提出了一种图像数据转换方法。测试结果表明，在系统时钟为25 MHz，图像分辨率为640×480条件下，系统能以30帧/s进行显示，整个系统运行正常，性能稳定。
通常情况下,影响自适应光学系统的带宽和稳定性的因素有以下三个方面:Hartmann-Shack波前传感器的积分时间、信号采集与处理时间和环路增益。在这三者中,环路增益与信号采集与处理时间对自适应光学系统产生比较重要的影响:当信号采集与处理时间大于或等于积分时间时,自适应光学系统就会显得不稳定,这时使环路增益适当减小便可使系统重归于稳定状态。本文通过对自适应光学系统的带宽及传递函数进行分析,从而研究自适应光学系统的稳定性,以期为今后的研究工作提供一定的参考价值。 
受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。
给出了一种改进的相位恢复迭代算法。根据多个面的强度信息进行相位恢复,并提出将相位恢复过程划分为轮廓恢复和细节恢复两个阶段。首先利用三个较远的衍射面及输入面的强度信息,恢复出输入面相位分布的轮廓,然后再利用两个较近的衍射面及输入面,进一步恢复出相位分布的细节。该方法在一维情况下能够准确地恢复出各种输入光场,尤其是复杂光场的相位分布,大幅度提高了相位恢复的精度。模拟实验还表明,本算法具有较好的鲁棒性:多次随机选取迭代初始值时,收敛结果唯一;并具有良好的抗噪性能。
研究了基于非对称多包接收模型的时隙ALOHA随机接入系统的稳定性。引入了非对称多包接收(MPR)模型,计算了媒体接入控制(MAC)容量区域,得到了两用户系统ALOHA稳定区域的详细特征。结果表明,随着MPR容量的提高,稳定区域从凹形区域变化到凸形区域,ALOHA稳定区域与MAC容量区域是一致的,而且当发送概率为1时,系统不需要传输控制,即对于两用户捕获信道而言,发送概率为1的ALOHA系统稳定性是最优的。
为解决振动主动控制系统中接触式测量影响结构特性以及PID控制参数整定不理想的问题, 提出利用机器视觉技术测量结构振动, 并结合人工鱼群算法优化的PID进行振动控制。首先, 选择刚柔双关节机械臂作为研究对象, 搭建实验平台并设计正交试验, 探究刚柔耦合机械臂振动情况, 并确定振动控制中电机参数的设置; 其次, 利用CCD相机采集机械臂末端标记点振动图像, 并处理得到振动位移, 将其作为控制系统输入; 最后, 选择人工鱼群算法对PID控制器参数进行优化, 控制器输出信号经输出卡转化为控制电压, 再经功率放大器放大, 驱动压电作动片实现振动控制。实验结果表明, 相较于传统参数整定PID平均44.06%的控制效果, 优化后的PID算法平均控制效果可达到57.54%,验证了基于视觉测振的优化PID控制系统的可行性和优越性。
大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙,小到光学显微镜探察细微的纳米世界,光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色.看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标.传统光学理论已证明所有经典光学系统都是一个衍射受限系统,即光学系统空间分辨率的物理极限是由光的波长和系统的相对孔径(或数值孔径)决定的.能否突破这个极限?能否不断提高光学系统的成像分辨率?围绕着这个问题,本文综述了近年来开展的各种光学高分辨和超分辨成像技术,及其在空间探测和生物领域中的应用.
针对现有基于全波形采样的激光关联成像回波采集数据量大且测距精度和测距分辨率受限于采样率的问题,研究了一种基于超阈值时间(TOT)技术的激光关联成像方法。利用基于TOT技术的时间宽度或峰值反推方法获取回波信号的强度信息,分析了TOT响应阈值选取、激光脉冲宽度、TOT测量误差对激光关联成像重构结果的影响。结果表明:基于TOT技术的回波信号获取方法可以实现激光关联成像;TOT响应阈值选为回波信号峰值的35%、激光脉宽不小于30个采样间隔、TOT测量误差的均方根误差小于1个采样间隔,能够保证较好的重构质量。此外,基于峰值反推获取目标回波信号强度信息的方法比基于TOT的时间宽度表征方法更准确。
为提高复杂背景下光学成像系统的目标检测性能,需建立光学成像系统的概率评估模型来研究环境照明信息,目标本身的辐射能量,目标大小,以及接收系统。在建立了光学成像系统目标检测的概率模型,分析检测概率与输入信噪比(SNR)之间的关系,得出图像灰度函数来评估光学成像系统的探测概率。通过仿真分析,不同背景辐射亮度的目标检测概率进行了比较,结果表明,所提出的光学成像系统的概率和灰度函数之间的关系,为复杂背景下辐射亮度的检测概率提供依据。 
针对电大尺寸目标高频散射场的仿真,采用物理光学(physics optics,PO)算法来求解.由于PO积分为高振荡积分,传统的数值求积方法非常耗时,文中提出了数值最速下降路径(numerical steepest descent path method,NSDP)算法来计算.首先,通过对振幅函数和相位函数二次拉格朗日函数插值,得到二次曲面片上PO积分标准形式.其次,通过变换积分路径,将高振荡PO积分转化为最速下降路径上的积分,大大减少了计算复杂度.NSDP算法进一步将PO积分转变为驻相点、谐振点和顶点的贡献,具有鲜明的物理意义.数值算例证明了NSDP算法具有精度误差可控和频率无关的特性.
利用仿真系统可以在试验室对红外系统进行测试和评估,而仿真系统的关键器件是红外景象投射器。概述了几种主要的红外景象投射技术——光调制技术、电阻阵列、激光二极管阵列、基于DMD器件的数字微镜技术,以及各种技术的特点。给出了红外景投射技术的技术要求,展望了红外景象投射技术的发展方向。
提出一种基于LED角度照明优化模式的傅里叶叠层显微成像方法。首先,根据LED、孔径和样品之间的关系,获取傅里叶平面可扩展的理论频谱范围;其次,使用图像质量评价指标衡量不同照明方式下的重建图像质量差异,构造任意单个LED对整体重建结果影响的差异函数;然后,通过对差异表达式的分析与仿真,制定了最佳的角度照明策略,设计出一种基于菱形采样方法来加速傅里叶叠层显微成像的实现过程;最后,采用主观和客观的评价指标对仿真和实验的有效性进行评估。结果表明,本文方法在保持重建质量的前提下有效提高了成像效率,其效率可提高到传统方法的3.85倍。
为实现基于微多普勒效应的远距离目标探测和识别,研究了采用声光移频器的激光外差相干探测结构对目标微多普勒特征探测的影响。建立了声光移频器驱动功率与系统信噪比之间的数学模型,并进行了仿真计算,搭建了1550 nm激光外差/零差相干探测实验平台对所建模型进行了验证。研究结果表明:在移频器驱动电压限定范围内,驱动电压越高,对微多普勒效应探测的效果越好,得到的目标特征越明显,与理论分析一致。通过对比实验发现在同样条件下,外差探测得到的反映目标特征的时频分布曲线较零差的清晰,特征提取误差小,可读性更高,说明外差探测结构更有利于复杂的远距离目标探测。
通过信息处理提高激光成像对目标信息的感知和获取能力是该领域重要的研究方向。现有激光成像系统的分辨率上限取决于目标处成像光斑的大小,在仅利用回波时延和强度信息的前提下,光斑内小目标回波信号被背景目标信号所掩盖,难以有效实现对小目标的信息提取与检测成像。通过建立激光成像回波信号模型,构建了激光回波分解和子目标信号提取算法,可以有效恢复出激光回波信号中被掩盖的小目标回波信息,从而实现对光斑内小目标检测成像,提高激光成像的信息获取能力。对真实数据的实例分析验证了该方法的有效性。
S&C算法是基于数据辅助的常用定时同步算法,该算法仅需要一个训练符号,既可用于定时恢复,也可用于载波频率捕获,额外开销小,广泛应用于多载波通信系统中.一般来说,定时估计的性能会受到干扰(如窄带干扰)的影响.分析了窄带干扰信号对多载波系统定时同步的影响,重点分析了窄带干扰情况下S&C定时估计器的性能、训练数据的漏警概率和虚警概率.
时间延迟误差是液晶自适应光学系统的一个最主要的误差源.本文提出了一种利用智能模式预测——迭代最小二乘（RLS）模式预测算法来克服其对成像分辨率的影响.首先,介绍了具有RLS模式预测能力的开环液晶自适应光学系统的结构和工作原理.其次,详细讨论了RLS模式预测算法的实现过程.再次,设计和搭建了一套带有液晶湍流模拟器的开环液晶自适应光学系统,对RLS模式预测算法的预测效果进行了分析,并和直接开环校正做了比较.分析结果表明:当系统处于中等强度湍流条件（大气相干长度r0=6 cm,Greenwood频率fG=35 Hz）和只有时间延迟误差情况下,经过RLS预测后,残差波面的RMS值由直接校正的0.26波长（1波长=785 nm）降低到了0.15波长,校正效果提高了42%.最后,对预测前后自适应光学系统的成像效果进行了对比试验.实验结果显示,经过预测以后,系统的成像分辨率由直接开环校正的25.4 cycles/mm提高到了32.0 cycles/mm,成像分辨率提高了26%,达到了0.9倍的衍射极限分辨率.因此,RLS模式预测技术可以有效的提高开环液晶自适应系统的成像分辨率.
对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时,需要满足两个条件:第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差;第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差。理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法。根据实际的非傍轴或离焦记录情况,分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响,然后再对校正后的全息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理,即可得到准确的数字再现像。实验结果表明,该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量。
采用多片探测器拼接是实现长线阵焦平面的通用方法。反射式光学拼接是焦平面常见的拼接方式之一。对于光学拼接,拼接反射镜几何参数设计不合理会导致定焦平面出现漏缝、杂光、遮挡光路等成像缺陷。反射镜参数计算是光学拼接焦平面设计的核心内容之一。详细介绍了光学拼接焦平面拼接反射镜的参数计算。根据几何光学建立光学拼接成像模型,分别对奇数片探测器和偶数片探测器的拼接反射镜的几何参数进行公式推导,主要包括拼接反射镜的位置、长度、宽度、角度等几何参数的数学表达式。最后将算法公式应用于工程实例,对像方远心和非远心两种典型的光学系统的拼接反射镜参数进行计算,并对两种光学系统拼接反射镜的特点进行了分析。 
针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化,设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联,以充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果一致性好的特点,并发挥伽利略型共心多尺度结构体积紧凑的优势。此外,通过设计相机阵列的排列方式进一步减少相机使用数量,实现轻量化。通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数曲线在特征频率270 lp/mm处可达0.3,全视场弥散斑均方根(RMS)半径均小于探测器像元尺寸1.85μm,成像效果优良,且公差分析结果表明系统易加工制造。该系统不仅能够有效实现大视场高分辨率成像,而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构,应用前景广阔。
脉冲激光测距精度是影响二维激光扫描成像质量的重要因素,研究近距离条件下收发同轴系统中的脉冲激光测距技术对提高二维激光扫描成像质量具有重要意义。通过仿真计算分析了脉冲激光测距的精度与回波能量的关系,提出了二维激光扫描成像光学系统的基本设计方案。在室内距离下,提出了在收发同轴光学系统中,到达探测器的激光回波能量相对于距离的非线性关系,计算并得到了激光回波能量相对于距离的非线性关系曲线。最后,基于实测数据对激光回波能量与距离的非线性关系进行实验验证,分析该非线性关系对激光测距精度的影响。论文的研究对设计、完善近距离条件下激光测距光学系统具有重要价值。
提出一种可有效抑制散斑噪声的衍射元件设计方法.在传统Gerchberg-Saxton算法的基础上,通过选择一种特殊的初始相位,在不降低衍射效率的同时,有效提升光斑的均匀性.以将高斯光束整形成环形平顶光束为例,开展了数值仿真和光学实验.结果表明,利用该方法和传统GerchbergSaxton算法设计得到的环形平顶光束散斑对比度分别为11%和34%,验证了该方法可以获得低散斑噪声的环形平顶光束.
通过联立求解两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程 ,建立了研究双掺杂LiNbO3:Fe :Mn晶体采用双色光记录光折变体全息的时空特性的动力学模型 .数值计算表明 ,该动态体全息光栅的时空衍射特性与晶体中的折射率光栅相对于干涉场的空间相移有关 ,该空间相移的取值范围为 (-π ,π) ,当空间相移的符号发生变化时 ,双光束之间的能量耦合方向也相应地发生反转 .给出了晶体内的等相位线和光强的重新分布 .
水下偏振成像技术利用散射光偏振特性能够有效提高水下成像质量,在水下目标探测和识别领域具有重要应用价值.针对该技术在背景散射光和目标信息光分离时由于噪声放大现象导致重建图像质量受限的问题,提出多尺度水下偏振成像方法.该方法利用图像分层处理思想,结合小波变换的多尺度特性,对体现图像高对比度的基础层和低对比度但细节信息丰富的细节层分别进行处理,重建高对比度、高信噪比的清晰场景图像.实验结果表明,多尺度水下偏振成像方法不仅能够大幅提高对比度,复原图像细节信息,而且能够有效抑制放大噪声,提高重建图像的信噪比,在水下偏振成像领域具有良好应用前景.
提出了一种基于共位图像的逆向反射模型,可用于对非漫反射表面的非线性反射行为进行精确建模。该模型可以从像素值精确映射到法向量与入射光线方向的内积。实验仅需一张共位图像和一张多光谱条件下拍摄的RGB图像就可以实现高精度的光度立体视觉性能,大大缩短了拍照所需的时间。对于大批量生产的工件的表面检测而言,由于共位图像可以提前采集后供后续工件重复使用,故该技术可以以微秒级的拍摄速率来实现移动表面的在线检测。另一方面,由于该方法中使用了神经网络来训练近场光度立体视觉模型中的映射关系,省去了传统近场光度立体视觉中的迭代步骤同时提高了对于阴影点、高亮点等异常值的鲁棒性。经仿真和实验验证,该算法能够很好地在极少量图片条件下恢复非漫反射表面的法向量。 
为实现有效载荷具备上载软件在轨定义多功能、软件可控多功能、参数可重构的软件定义微纳卫星需求,需要突破传统卫星平台和传统光学相机的设计局限,开展基于微纳卫星的软件定义下新型计算光学成像载荷技术研究。充分考虑有效载荷的软件和硬件两者之间联合设计可能存在的发展空间,分析了亚像元信息、卫星平台参数、光学系统参数、探测器参数、噪声、大气对图像数据处理,特别是超分辨率重建的影响。根据各个影响因素的物理机制分别建立物理模型和误差模型,作为重建方法的先验信息,将这些有利于超分辨技术的先验信息约束应用于相机设计过程,使得相机获取的图像可以很好地匹配超分辨方法。该方法可以提升视觉分辨率和实质分辨率,同时保持对噪声的抑制能力,并有可能降低传统相机的结构尺寸和研制难度。研制实现集超分辨成像、动态范围增强成像、视频成像等软件智能可控的多种成像处理模式于一体的通用型计算光学成像相机,将对航天产业提供更大的灵活性和增值空间,为未来智能卫星航天技术研究与快速创新提供一种可行的方案。
光学显微成像技术可以用来观察微小物体的结构细节,但在生物样品的显微成像领域中,像差的存在使得任何显微成像技术的成像质量都无法达到理论预期。为了解决这一问题,自适应光学技术被应用于不同类型的显微成像系统中进行像差的探测和校正。着重总结了自适应宽场高分辨率显微成像技术的研究动态,阐明了数字全息自适应光学技术和非相干数字全息自适应光学技术的特点、优势以及存在的问题。
本文通过熔融共混法制备了ＴＰＵ／ＡＢＳ塑料合金，以此材料试制了塑料纬纱管．重点讨论了ＴＰＵ含量、共混工艺等因素对合金的力学性能和形态的影响．结果表明制备的ＴＰＵ／ＡＢＳ塑料合金，综合性能良好。
本文提出利用光学成像干涉技术主动遥感探测可燃冰的温度、压强、浓度物理量。通过光纤将海面上波长为1.65μm的激光传输到海底,激发海底可燃冰,将CH4发射的1.65μm附近相距很近的10条谱线用光纤收集传回到海面上,经过成像干涉系统,在CCD相机上得到5条成像干涉条纹,选择两条相邻干涉条纹的灰度值,利用"转动谱线测温法"和洛伦兹线型即可获得海底可燃冰CH4的温度、压强、浓度等参量。实验得出CH4的正演成像干涉图,并得到CCD上的电子计数1.68×105远远大于拟用CCD噪声400e,系统的最大信噪比为291,窄带干涉滤光片可在16°视场内区分CH4的10条目标谱线,CH4的温度和浓度探测精度分别为1K和3%。研究表明,该成像干涉系统可用于遥感探测海底可燃冰。
针对目前一些提高红外焦平面阵列(IRFPA)成像系统动态范围的方法存在导致系统实时性较低的问题,提出了一种定标积分时间的方法,在提高IRFPA成像系统的动态范围的同时,也能在一定程度上保证系统的实时性。采用此法,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的红外图像采集系统,并介绍了系统各个模块的原理和实现方法,最后给出了实验结果。结果表明提出的方法和所设计的系统是可行、有效的。
为了解决传统白光干涉测量技术中对线性位移机构的位移精度要求过高的问题,本文提出了一种全视场外差白光干涉测量技术。该技术主要通过使用存在差频的白光干涉信号作为光源来实现在大扫描步长和低扫描精度条件下相干峰位置的高精度检测。本文首先建立了白光外差干涉的数学模型,再根据数学模型提供的光强信号特性提出了整体系统设计方案,然后对测量方案的可行性进行了实验验证。最后针对多种误差对算法计算精度的影响进行了理论分析和数据对比。误差分析的结果表明:白光外差干涉测量技术提供更高的测量精度和更好的抗干扰性能,有效地降低了传统白光干涉测量对线性位移机构精度的严苛依赖,为光学自由曲面检测技术提供了更多的可选解决方案。
线性渐变滤光片(LVF)被广泛应用于各种小型快速分光测试设备中。分光特性进行研究,给出了其分光特性的高斯函数表达式,分析了各个参数与线性渐变滤光片中心透过率、谱线宽度和线性渐变系数等特性的关系。将光谱成像仪标定的单色仪法引入线性渐变滤光片的分光特性检测中,讨论了检测系统的敏感性,并给出了相应的误差容限公式。分析表明单色仪出射狭缝相对光轴平移量,以及滤光片倾斜角度对检测精度影响最大,实际测量中可通过光路和系统机构的调整达到精度要求。构建检测系统完成了对成品线性渐变滤光片分光特性的检测,结果表明对中心透过率的测量均方根误差小于0.05%,验证了方法的精确性,普适性,检测结果可为线性渐变滤光片相关系统的设计和标定提供参数指导。
光场多光谱成像技术具有能够同时获取目标二维空间信息和光谱信息的能力,利用光谱信息可以实现目标的分类和识别。为了快速、便捷地获取空间目标的完整光谱信息,实现目标表面光谱信息的真实记录,基于光场多光谱成像原理,采用光谱分光滤光片阵列分光实现主透镜系统入瞳孔径的分割,设计了一款应用于光场多光谱相机的像方远心镜头光学系统。光学系统具有宽波段400 nm～1 000 nm,焦距为240 mm,F数为4,全视场15.52°。像质评价与系统公差分析结果表明:设计的光场多光谱相机的像方远心镜头可以满足实际加工以及正常使用要求。
提出了一种自适应光学系统响应矩阵的直接计算方法.通过分析特征驱动器斜率影响向量的实测值与理论值的相关性估计波前校正器与波前探测器的对准误差,得到了更接近实际情况的响应矩阵.实验结果表明,考虑对准误差后计算出的响应矩阵能够有效地进行闭环校正.
基于稀疏和冗余表象的鬼成像雷达(Ghost Image via Sparsity Constraints,GISC Lidar)是一种结合光场空间涨落特性和现代信息论的全新雷达成像体制,其成像视场和分辨率无关,由此可在探测时采用大视场凝视成像模式捕捉运动目标以对其进行高分辨率成像探测。与闪光照相雷达需要将目标的反射光信号成像分布在焦平面阵列光电探测器件上相比,GISC雷达只需要一个无空间分辨能力的单像素探测器接收目标场景的全部反射光信号,因此可以极大地提升系统的成像探测灵敏度。此外,GISC雷达在成像探测过程中可以利用图像的各种先验约束,从而突破奈奎斯特采样定理对采样次数的要求,大幅度提高图像的信息获取效率。文中将结合上海光机所将鬼成像技术应用于雷达探测的研究历程,介绍GISC雷达研究进展,并指出GISC雷达工程化实际应用中仍待解决的若干问题。
为了在较大视场范围内获得干涉直条纹以提高干涉数据的提取精度,设计了一种基于组合Savart板的宽场偏振干涉成像光谱仪.组合Savart板由正负晶体制作的两个Savart板组合而成.文中推出了组合Savart板的光程差和横向剪切量与入射角的理论表达式,并给出了具体设计实例.计算机模拟分析结果表明,在光谱分辨率和晶体总厚度相同的前提下,组合式Savart板获得干涉直条纹的视场是传统Savart偏光镜视场的10倍.
数十年来,人们一直在探索基于光的计算体系,期望通过光的特性,突破电子计算机的局限,从而提高计算速度和降低能耗。然而,传统光计算由于缺乏有效的逻辑、存储、互连单元,以及合理的应用场景,光计算止步于概念研究阶段。在当今大数据时代的推动下,信息通量及用量呈爆炸性增长。具有高集成度、大带宽、低成本、低能耗特征的硅基光电子技术应运而生,日趋成熟,并且验证了光电融合这一信息技术发展的趋势。光计算也随之向光电计算转变。分析近年来硅基光电子技术在光电计算方面的应用和发展,如在人工神经网络、非多项式时间复杂度难题的启发式算法、光电模拟计算、集成光电量子处理器和神经拟态计算等,重点论述了硅基光电子技术在促进光电计算的信息连接、数据处理和实用化演进等方面的优势,提出了硅基光电计算概念及初级系统,以突破传统电子技术或光子技术在计算方面的不足及其在人工智能等高性能计算领域中的限制。 
针对空间调制干涉光谱成像仪获取数据的特殊性,提出一种数据误差修正方法,修正了干涉数据的探测器误差和光学系统误差.对于光学系统导致的光场分布不均匀误差,采用多项式拟合的方法从干涉数据中直接获取误差修正数据.利用实际仪器获取的数据对上述方法进行了计算机仿真,得到了较好的误差修正结果.
针对采用各种隐身技术的红外目标与周围背景之间的辐射差异不明显,导致探测困难这一问题,利用目标和背景在窄波带内的辐射特征具有较大差异这一特性,建立了基于红外光谱探测的谱带内红外辐射对比度的研究。通过对红外辐射相对对比度以及绝对对比度的分析,综合大气条件在整个传输过程中的影响,结合理论计算以及实验分析确定出用于红外隐身目标探测的最优谱带为2.86~3.30μm和4.17~4.55μm两个窄波带。实验结果表明:在所选取的用于谱带探测的窄波带能够很好的消除背景红外辐射的影响,以此突出目标辐射,具有良好的可探测性。
近年来美国空军等提出了网络中心战、作战云、多域战、融合战等未来空战新概念,期望以新的、更加灵捷和一体化的作战体系框架来协同运用军事力量,通过跨域协同运用多域作战能力,提高作战效能,在未来激烈对抗的信息化、网络化、体系化作战条件下获得作战优势。美国DARPA也提出了马赛克战概念,试图通过将探测感知、火力控制和杀伤兵器等功能能力分解到小的模块化单元中,并将分解的多个功能单元进行马赛克式的组装,形成能同时应对各种目标集的多个杀伤网,确保在高烈度的作战博弈环境中跨多作战域有效作战。本文概述了从网络中心战概念的提出,到美国空军的融合网络中心战、作战云、多域战、融合战的未来空战新概念及马赛克战概念演进的过程,重点介绍了美国空军的未来空战概念及其实现所面临的技术挑战,并介绍了DARPA为应对这些技术挑战所提出的马赛克战概念。
提出一种计算折射率温度效应的新方案。该方案通过拟合有限元热分析得到离散节点温度,在透镜中建立连续的温度场。在计算CODE V光线追迹时,自编子程序根据追迹点的温度和输入数据,实时计算并返回相对折射率及其梯度信息,使折射率温度效应导致的光程变化的计算更为准确。在计算时可以把波长、大气压、折射率温度系数等作为自定义参量,输入到子程序中,使相对折射率的计算更为灵活。最后对一个红外光学系统进行了计算误差分析,得到了像质的变化情况,验证了该方案的可行性。 
基于物理光学法(PO),详细讨论了在平面波、偶极子、给定天线方向图等激励下远场和近场的计算算法。利用标准C++开发了物理光学核心计算程序,利用诺基亚开发的C++图形用户界面应用程序框架QT 4开发了完整的用户界面程序和后处理程序,使得该软件具有跨平台和可移植的特点。数值实验表明,该软件的计算结果正确可靠,能够为雷达目标特性仿真计算和复杂目标的散射特性分析提供支撑。
为了满足人们对获取高像质图像的需求,现代光学成像系统被设计得非常复杂,带来了体积大、重量重、价格昂贵等问题。在满足系统高像质的同时,实现系统的低成本、小型化在消费、安防、遥感、医疗等领域有着重要的意义和广泛的应用前景。简单光学系统的计算成像技术是一种新兴的结合图像处理方法简化光学系统的技术。该技术放松前端光学系统设计中的成像质量要求,在后端利用图像复原算法去除系统的残余像差,从而使系统得到简化,在保证高像质的同时,实现前端光学系统的低成本、小型化的目的。论文以简单光学系统的计算成像技术为研究主题,围绕该技术中三项重要的组成技术光学图像复原算法、点扩散函数(Point Spread Function,PSF)获取以及光学-算法协同设计开展了以下工作:1)图像复原算法研究。详细分析引起光学系统像质退化的因素,将退化因素归纳为引起图片模糊和形变的两类,建立了图像两类退化的模型。根据模型和目前先进的图像去卷积算法,提出了一个适合简单光学系统的空间变化交叉通道图像复原算法。算法首先校正了图像的倍率色差和畸变,保证交叉通道先验的有效性;然后使用交叉通道去卷积算法对模糊图像进行分块复原,有效减弱光学系统设计中较难校正的色差,复原高像质图像。2)PSF获取研究。介绍PSF的概念和特征,阐述PSF的准确获取对复原图像质量的重要性。分析了影响PSF获取中关键且容易被忽视的器件——彩色图像探测器的结构和宽光谱特性,讨论了PSF的宽光谱特性及测量和模拟两种方法获取PSF的局限性。然后,提出了使用测量PSF修正PSF的模拟进而获取宽光谱PSF的设想。基于这个设想,提出了两种实际光学系统的宽光谱PSF获取方法。一种是根据测量的物方光谱和单波长PSF加权相加计算宽光谱PSF,能够准确估计宽光谱PSF;一种是针对实际物方光谱复杂的应用场景,计算生成一个能够减弱探测器颜色通道内所有波长引起的模糊的宽光谱通用的PSF。通过实际实验证明,两种方法都能在减弱简单光学系统模糊程度的同时,几乎不引入人工痕迹(artifacts),保证图像复原的稳定性,明显优于目前先进的PSF获取方法。3)光学-算法协同设计研究。提出了一种简单光学系统的光学-算法协同设计方法。结合前面提出图像复原算法,在光学系统的设计中,放松色差的约束,增加绿色通道的优化权重,使绿色通道成像锐利,在简化了系统设计的同时,保证复原图像的质量。利用这种方法,设计了一款仅含有两个镜片的大视场高像质简单光学系统和一款含有7个球面镜片的超低远摄比简单长焦光学系统。通过实验证明,两个系统所成的模糊图像经过图像复原算法处理后,均能得到高像质图像。
为了实现空间望远镜大型光学载荷的在轨更换,设计了一种能够实现在轨快速拆装的定位机构,并针对其核心问题即在轨重复定位精度进行了研究。首先,选定了一种能够避免热应力的运动学定位方式。在此基础上设计了定位机构,并根据刚体的微小角位移是矢量并符合矢量合成法则的原则,利用角位移矢量合成的方法推导出了光学载荷的转角数学模型;然后,设计杆系结构模拟了光学载荷及其框架,同时为了模拟光学载荷在轨拆装的微重力环境,利用微重力模拟的常用方法悬吊法设计了悬吊装置,以实现光学载荷模块的重力卸载;最后,搭建了试验检测环境,对光学载荷模块进行重复拆装试验,利用经纬仪及数显千分表进行检测,并处理试验结果得到了重复定位误差值。结果表明,光学载荷模块的重复安装转角误差最大为±28.8″,平移误差最大为±0.057mm。本文研究能够为在轨可更换载荷定位机构的设计提供参考,具有理论意义和应用价值。
相关双采样技术作为CCD视频信号标准预处理技术之一,能有效地抑制CCD复位噪声。双采样时钟位置是相关双采样技术中的关键参数。针对自动确定采样时钟位置这一问题,提出了类对比度评价函数,通过固定场景改变信号采样时钟位置和复位采样时钟位置,最大化类对比度评价函数,自动确定CCD相关双采样时钟位置,并对类对比度作为评价函数的原理进行了详细的论证。为了验证算法的有效性,设计了验证平台。实验表明:该方法能够有效地确定相关双采样时钟的位置,而且算法确定的位置不稳定度低至3%,对不同亮度具有较强的鲁棒性,同时该方法相对于传统方法能够有效提高获取图像的信噪比。
CCD芯片的量子效率表示在曝光时间内到达像素光敏面的光子转换为电子的百分比,与器件的几何结构、材料等有关,是评价CCD芯片性能的最主要因素之一。通过一定的测量装置及相应的测量方法对CCD芯片的量子效率进行测量,才能对CCD芯片的成像性能做出客观评价。因此,根据欧洲机器视觉协会制定的EMVA1288标准设计了一套CCD芯片量子效率的测量装置,并且阐述了基于量子效率的测量方法,解决了单色光生成以及对于不同CCD测量时的兼容性问题。经过反复论证,该测量装置和方法具有通用性强、高精度和高稳定度等优点。
基于稀疏限制的鬼成像雷达(Ghost Imaging Lidar via Sparsity Constraints,GISC Lidar)属于一种全新的凝视成像雷达体制,具有探测灵敏度高、超分辨以及较好的抗干扰能力等特点。为了将GISC Lidar进行应用成果转化,文中在简述GISC Lidar机理和近期国内外研究进展基础之上,重点介绍了面向实际应用时GISC Lidar所需解决的核心问题以及该课题组在近期取得的主要研究成果,进而对GISC Lidar的发展趋势进行了展望和探讨。
分析了户外发光二极管(LED)显示屏中大量使用的虚拟组合像素技术,指出其本质是通过亚像素复用运算针对待显示图像中的单色分量进行低通滤波运算,并采用调制传递函数作为像质评价指标对其在LED显示屏分辨率上的贡献进行了定量分析.提出了LED显示屏的可寻址性概念,指出虚拟组合像素技术可明显提升显示系统的可寻址性,能改善图像显示的锯齿状边界;论证了虚拟组合像素技术未能提升显示分辨率,甚至会使部分画面的清晰度明显下降.
针对图像质量评价的重要性,提出了一种新的无参考图像质量客观评价方式。算法考虑了模糊度与噪声水平两方面,用平均边缘宽度衡量图像的模糊度,通过比较去噪前后的图像预测图像受噪声污染的程度,最后通过两者的综合作为无参考图像质量评价指标。实验结果表明:将模糊度和噪声评价相结合,具有很强的抗噪性和广泛的适用范围;与峰值信噪比(PSNR)和结构类似性(SSIM)等算法比较,本文算法可以很好地区分各种失真类型图像的质量好坏,其结果接近人眼的主观感受。
根据目标和背景时域特性,建立了目标、云杂波边缘、干净天空背景以及云内部四种像素点的时域模型。并以这四种时域模型为基础,提出了一种云杂波背景下基于时域廓线的弱小目标的检测方法。检测前利用最大中值滤波器进行空域处理,去除了大部分云边缘虚警点。理论分析和实验结果表明,该算法能有效检测出云杂波背景下的小目标。
提出了一种利用数字全息显微术测量液体透镜表面曲率半径及焦距参数的实验方法。针对液体透镜表面不能接触、直径较小、侧壁材料非透明等因素,采用具有像差校正功能的立式马赫-曾德尔干涉仪光路实验记录液体透镜液面的数字全息图,数值再现得到携带液面信息的物光波前相位分布信息,并经数值计算和拟合得到液面轮廓曲线,最终得出液面曲率半径以及液体透镜的焦距等参数,进而利用该方法对标准平凹透镜的曲率半径和焦距等参数进行了测量,以验证其正确性。结果表明,所提出的方法是一种高精度、非接触测量液体透镜液面曲率及焦距参数的有效手段。
在精密光电跟踪设备中,光机结构的振动特性对保持目标跟踪的精度和稳定性具有重要意义。螺栓连接是光机结构的常用连接形式,但其非线性接触特性也使得结构的振动特性变得较为复杂。采用时域激励计算结构位移响应并进行频域分析的方法计算结构的共振频率。相比于弹簧单元模拟螺栓连接等简化方法,此方法不需要对每一个螺栓分别进行弹簧单元刚度等参数的选取和处理。以螺栓连接的悬臂梁为例,先利用接触面固结的模型验证方法的准确性,其后对考虑接触和螺栓预紧力的模型进行仿真计算。仿真的模态结果和试验模态结果对比表明,所提的仿真方法正确且有效。
介绍了一种静电场辅助的新型微压印光刻技术,并对其工艺过程进行了深入的理论研究。首先,采用数值仿真软件COMSOLTM Multiphysics,建立了静电场辅助的压印光刻瞬态仿真分析模型,讨论了不同时域微结构的演化过程。然后,详细分析了微结构的成型与仿真实验参数的定性关系,发现:适当地减小极板间距、模板凸起结构周期,同时增加模板的凸起高度、初始聚合物薄膜厚度和电压有助于微纳结构的成型。最后,通过仿真实验参数优化,得到了带有31μm中空结构的球冠微结构。与传统压印方法相比,静电场辅助的微压印技术工艺过程简单且成本较低,能够广泛应用于微电子机械系统、光子学、遗传学和组织系统等。
针对现有偏振算法依赖于\"天空区域\"估计大气参数,从而受白色目标或高亮区域干扰的不足之处,提出了一种图像普适性多尺度偏振去雾方法.研究偏振差分图像四叉树空间索引和图像暗通道先验方法,突破估计模型参数利用天空的局限性,重建场景深度,结合大气散射模型复原低频无雾图像;同时针对目标复原过程中噪声遗留问题,研究软阈值去噪算法,结合低频信息重构的透射率,以梯度增强方式丰富纹理细节,最后小波重构出清晰图像.实验结果表明,该算法有效消除了估计大气参数受制于天空区域的局限性,抑制噪声的影响,复原的目标更加清晰,细节方面更为丰富,算法运行效率方面有较大提高.
采用图像处理技术量化菌丝空泡区域比例,并研究菌丝空泡与青霉素合成的关系。结果表明:当空泡区域比例达到20%时,青霉素开始大量合成;当空泡比例达到30%～35%时,青霉素合成最为旺盛;当空泡区域比例超过40%时,青霉素效价下降。菌丝空泡的过度膨胀是发酵进入衰退期的重要标志。
针对彩色阵列显示设备中由于采用亚像素寻址技术引起的颜色错误问题,该文提出了一种定位和量化的方法。基于人眼空间混色特性,指出颜色误差的度量应在多尺度混色区域下进行。以亚像素矩型排布为例,从点阵理论的结构基元出发,设计多尺度混色区域的形状与大小,实现了颜色错误的定位与量化。分析和实验表明,以多尺度区域混色颜色误差为基础的自适应颜色误差消除法在弱化颜色错误的同时保持了更多原有图像的细节。
对通过硬边光阑光学系统光束传输问题的直接数值积分法、复高斯函数展开法、矩阵法和光束模式展开法作了比较研究。研究表明 ,直接数值积分应用范围广泛 ,但随着光阑数的增加 ,它变得既烦琐又耗时。复高斯函数展开法为快速模拟硬边衍射光束在菲涅耳区和夫琅和费区的传输提供了一个有用方法 ,只是在很近的场存在着显著的计算误差。矩阵法能用于菲涅耳区和夫琅和费区 ,但只适用于旋转对称的光学系统与光束。光束模式展开法可用于近似计算远场的弱截断光束。 
为了保证采样的独立性,目前基于随机相位板的赝热光鬼成像系统是以每次移动不小于一个激光光斑大小进行相位调制的形式来产生高亮度的赝热光源。通过旋转、平移两台电机控制随机相位板的运动轨迹,搭建了一种运动轨迹可调的随机相位板赝热光鬼成像实验平台。基于差分鬼成像和稀疏约束鬼成像重构算法,从实验角度对比分析了随机相位板的偏移量Δx对赝热光鬼成像质量的影响。数值模拟和实验结果均表明,在相同的采样压缩比下,当随机相位板的偏移量Δx不大于物面处的散斑大小Δxs时,成像质量随着Δx的增大而提高;而当Δx大于Δxs时,随着Δx的增大,成像质量几乎不变。此外,稀疏约束鬼成像质量优于相同采样数下的差分鬼成像质量。
基于几何光学近似模型(GOM)对大气泡粒子散射特性进行了分析.针对散射角的多值问题进行了研究,并对不同三角函数的求解方法进行了分析,提出了一种基于tan(θp2)函数和MATLAB中的fsolve(.)函数的遍历取值的简便准确求解方法,计算了球形的大气泡粒子和水粒子的总散射光强分布、近场和远场散射相位分布,并与Mie理论计算进行了比对,计算结果与Mie理论计算吻合很好,验证了算法的正确性. 
光神经拟态系统能以比生物大脑快几百万至十亿倍的运行速度模拟神经拟态算法,优于电神经拟态硬件系统,且其可胜任比传统光计算更复杂的计算任务。光神经拟态计算探索超快光脉冲信号的自适应性、稳健性和快速性,能够避免传统数字光计算的芯片集成及模拟光计算的噪声积累等问题。本文报道了光子神经拟态信息处理的发展历程,并从光子神经元,光脉冲学习算法以及可集成光学神经拟态网络框架等方面介绍了光神经拟态计算的关键理论和技术。阐述了光神经拟态计算研究的必要性及存在的问题,展望了其潜在的应用前景。
文章介绍了中国两次绕月探测中CCD立体相机所采用的技术与创新,并与国际同类相机所获取的图像进行了比较;在此基础上详细介绍了"嫦娥二号"(CE-2)卫星CCD立体相机的综合创新集成技术——"单镜头两视角同轨立体成像、时间延迟积分图像传感器(TDICCD)推扫、速高比补偿",并从工程目标与科学目标出发进行探测灵敏度及成像动态范围的需求分析;根据需求分析确定了总体技术方案,包括光、机、电的优化设计以及对月探测中首次采用TDICCD的技术困难与对策;特别讨论了速高比补偿的方案及实施途径,并进行了在轨试验验证。文章最后分别给出了虹湾地区成像分辨率为1.3m以及全月面分辨率为7m的代表性图像,图像清晰、层次丰富,显示出中国在对月立体成像技术上取得了显著进步。
从考虑成份光谱的噪声出发 ,提出了改进的线性混合模型来补偿成份光谱噪声的影响 ,并在假定成份光谱和混合光谱噪声源于同一噪声源的前提下 ,给出了改进线性模型的数学求解过程及数值计算思路 ,且通过合成的含噪声的混合光谱对两种方法做了对比验证 ,实验证明 :改进的线性混合模型有效地克服传统线性模型的不足 ,大大减弱了成份光谱的噪声对计算精度的影响
从理论上计算了鬼成像系统的返回信号和目标之间的互信息,利用数值模拟研究了它与系统图像重建质量之间的关系。分析表明,该互信息同时依赖于系统所使用的散斑场和成像目标的类型。结果显示,对于给定类型的目标,存在特定的散斑场使得上述互信息取得极大值,且在同样的采样数条件下,使用该散斑场的鬼成像系统可以获得最佳的图像重建质量。在此基础上提出可以通过最大化互信息来设计、优化鬼成像系统。
提出了一种基于非线性核空间映射人工免疫网络的高光谱遥感图像分类算法.根据生物免疫网络基本原理构建了人工免疫网络模型,利用非线性核函数将高光谱训练样本映射到高维空间,完善了人工免疫网络中目标样本核空间相似性分选方法,降低了人工免疫网络识别样本所需的抗体数量,提升了算法的分类精度和运算效率.为了验证算法的有效性,利用两组高光谱遥感数据将多种高光谱分类方法进行了对比实验.实验表明该算法分类精度和算法运算时间上都有较大改善,是一种分类精度更高、运算速度更快的改进型基于人工免疫网络的高光谱遥感图像分类新方法.
楔形滤光片型光谱成像仪具有无运动部件、低光机复杂度等优点,是低成本微型化光谱成像仪的一个重要发展方向。不同于传统色散型光谱成像仪,楔形滤光片型光谱成像仪获取的数据是光谱-空间混合调制的图像。针对直接应用CCSDS123进行楔形滤光片型光谱成像仪数据压缩时压缩比较低的问题,结合楔形滤光片型光谱成像仪"谱像混合"、"推扫成谱"的特点,通过定义新的局部差向量,构建了一种低运算复杂度适合硬件实现的快速无损压缩方法 WCCSDS123。新的局部差向量中参与计算的像元集合代表的是同一被观测点的光谱信息。WCCSDS123方法首先利用局部和与改进的局部差向量对采样点的值进行预测,再利用预测值与真实值计算预测残差并对其进行整数映射,最后采用采样自适应熵编码对映射预测残差进行编码完成压缩。在6组楔形滤光片型光谱成像仪数据上分别采用WCCSDS123和CCSDS123进行了压缩实验。实验结果表明,与CCSDS123相比,WCCSDS123的压缩比提高了约21.62%,压缩耗时没有明显差异。因此,该方法在提高压缩比同时,继承了CCSDS123复杂度低,易于硬件实现的优点。该方法 WCCSDS123具有较低的计算复杂度,能够更加有效地利用空间光谱冗余信息,获得更好的压缩效果,是针对楔形滤光片型光谱成像仪的一种良好的快速无损数据压缩方法。
激光反射层析成像技术是一种新型的远距离、高精度成像手段。滤波反投影是反射层析图像重构中采用的基础性算法,而滤波器的性能对重构图像的质量有较大影响。分析四种典型滤波器的时频特性,进行激光对目标探测的仿真实验,接收激光反射回波,用多种滤波器分别对回波数据进行处理后重建图像。与原始图像相比并进行图像质量评价,以分析各种滤波器对成像的影响。研究结果表明,在有Poisson噪声干扰的情况下,接收激光反射回波图像的振荡与滤波器有关,重建滤波器的主瓣高度和旁瓣衰减对重建图像的空间分辨能力产生影响。
背景与目的:探讨代谢酶CYP1A1MspⅠ位点和GSTT1基因多态性与电子垃圾处理区居民外周血双核淋巴细胞微核率的关系。材料与方法:在中国南方某地有10余年电子垃圾拆解史的地区选择54名居民为暴露组;从距该暴露区50公里无明显工业污染的农业区选取73名居民为对照人群。采用胞质阻滞微核实验测定双核淋巴细胞微核率。采用限制性片段长度多态性PCR检测CYP1A1MspⅠ位点多态性,多重PCR方法检测GSTT1基因多态性。结果:暴露组人群微核率为4.81‰±4.14‰,是对照组微核率1.15‰±1.42‰的近4倍,差异具有统计学意义(P&lt;0.01)。经校正年龄、性别、吸烟量和饮酒等因素后,仅发现对照组人群中携带CYP1A1MspⅠ位点变异纯合基因型(aa)个体的微核率为1.69‰±1.28‰,高于携带杂合型或野生型基因型(AA/Aa)个体的微核率1.06‰±1.44‰,差异具有统计学意义(P&lt;0.01)。未见GSTT1基因型单独及其与CYP1A1基因型联合作用可增加微核率的危险性。结论:本研究对照组人群外周血双核淋巴细胞微核率升高可能与电子垃圾拆解地环境污染物的暴露有关,对照人群中CYP1A1MspⅠ基因多态性可能与机体双核淋巴细胞微核发生有关。
超快超强激光兼具超快时域特性和超高峰值功率特性,为人类在实验室中创造出了前所未有的超快时间、超高强场、超高温度和超高压力等极端物理条件,成为用于拓展人类认知的前沿基础科学研究最重要的工具之一。本文从超快激光和超强激光的应用与发展需求出发,系统调研了国内外研究和科学应用的现状,提出了我国超快激光和超强激光的发展思路与目标以及为实现这些目标需要重点发展的相关方法和技术。针对超高峰值功率和高重复频率超强激光面向未来的重要方向,分析了我国分阶段发展的重点内容,突出了相关技术与配套元器件研究的重要性。此外,在注重基础研究、多方面吸引和培育人才、加强国际合作、促进产业化等方面提出了超快超强激光发展的措施建议,以期为我国激光技术与科学应用的稳步发展提供方向参照。 
大孔径静态干涉成像光谱技术是近年来出现的一种新型干涉成像光谱技术,具有原理简单、稳定性高等诸多优点,但是仪器对光学系统的设计要求苛刻。特别是光学系统的畸变,对仪器获取的数据有较大的影响,并最终影响仪器的应用。通过对仪器获取数据机理的分析,给出光学系统畸变影响下的数据模型,为仪器的性能评估提供可能。最后在4%的畸变值条件下,利用模型和既定参数对畸变影响进行计算机仿真,由仿真结果可以看出,虽然该畸变对于普通的光学成像系统来说是可以容忍的,但是对于大孔径静态干涉成像光谱仪来说,复原光谱不但存在&gt;5%的相对偏差,而且光谱位置在长波处产生了近8 nm的偏移,从而导致光谱无法应用,因此该畸变是不可容忍的。
光学向量-矩阵乘法器(OVMM)作为一种利用光学方式进行向量-矩阵运算(VMM)的光学系统,由于采用天然具有高带宽、高并行性的光学处理方式,在海量数据处理领域极具潜力。本文实现了一套基于空间OVMM的光电混合数字信号处理系统,采用自主设计实现的维度为16×16的空间OVMM作为核心运算单元。实验结果显示,系统能够完成76.8G/s乘法累加(MAC)运算,满足实时数据处理对运算速度的需求。系统使用可编程逻辑器件(FPGA)作为电学协处理单元的核心组成部分,因此具有可编程性,可以满足多种不同的应用需求。 
经过20多年的发展,美国已经建成了动能拦截弹半实物仿真系统(KHILS)、标准-3动能拦截弹头半实物仿真系统和导引头试验系统等各具特色的动能拦截弹红外成像仿真系统,用于动能拦截器半实物仿真和动能拦截器红外导引头设计、试验与评估。综述了这3种动能拦截弹红外成像仿真系统,分别介绍了这3种红外成像仿真系统的发展背景、主要用途、系统结构和特点,并着重阐述了它们的高拟真度目标和背景信号特征模型以及先进的实时三维景象生成系统和高拟真度红外场景投影器的发展情况。
遥感卫星传感器与观测目标之间的相对运动是导致遥感图像退化的常见因素之一。对运动模糊图像的频谱特性进行了分析,基于Radon变换估算运动模糊角度和长度,进而准确估计退化图像的点扩散函数进行图像复原。针对实际模糊图像频谱中出现的十字亮线严重干扰Radon变换准确性的问题,提出频谱分块与边缘检测相结合的改进算法,提高了检测精度。最后对实际发生运动模糊的对月遥感图像进行了模糊参数估计,并采用FTVd(fast total variation(TV)deconvolution)算法进行图像复原,实验证明参数估计精确,复原效果好。
为使弹性薄膜液体透镜的光学薄膜变形后面形满足光学系统对球面面形的设计要求,采用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型和移动渐近算法优化算法,对液体透镜的弹性体支撑区域进行了拓扑优化,得到了满足收敛条件的拓扑构型。根据拓扑优化结果,对关键结构尺寸进行了形状优化。综合考虑加工制造等因素,设计了易于加工制造的光学透明弹性薄膜液体透镜。对光学薄膜进行了面形精度分析,计算了不同口径下的面形误差峰谷(PV)值和方均根(RMS)值。数值结果表明,光学薄膜变形面形在弦高为0.5mm,光学薄膜口径分别为100%、95%、90%时,优化结构面形误差PV值分别是初始结构面形误差PV值的5.7%、11.9%、2.5%,RMS值分别是初始结构RMS值的11.2%、21.9%、45.4%。用36项Zernike多项式对变形光学薄膜进行拟合,结果表明,优化结构的Zernike系数第4、第9、第16、第25项比初始结构明显降低。
中红外激光不仅具有很强的大气穿透能力,且存在众多的吸收峰,因此该波段激光光束在光谱分析、遥感技术、空间通信、军事医疗等众多领域均有非常重要的价值和应用前景。本论文针对中红外激光全程传输中的相位畸变及其自适应光学校正技术开展了系统性的分析研究和实验验证。所谓全程传输,按照光束的传输方向和路径可划分为三段,即光源本体、系统内通道传输和外大气传输,本文则相应的对中红外激光全程传输像差开展了分段剖析与解构。重点在于:(1)实验测量并定量分析了中红外激光输出波像差的时空特性及其高频成分对传输效率的影响,以此为基础开展的光束净化实验研究,获得了近衍射极限的净化输出。(2)基于分光元件透反变形像差的几何理论分析,为传统自适应光学技术中针对分光元件像差的动态修正提供了理论基础。针对中红外激光的全程光束控制,本文分为全程模式自适应校正与全程光束指向控制两个方面加以探讨,同时着眼中红外激光系统的信标体制开展了分析研究。(1)分析讨论了相位共轭补偿的物理机制和适用条件,并着眼“信标探测-波前补偿-主激光传输”工作体制所带来的非互易性问题,得出了待补偿波像差越大、菲涅尔数越小,非互易性影响越大的研究结论。(2)针对传统自适应光学对共孔径分光镜的“失察”问题,详细推导了共光路/共模(CP/CM)自适应光学实现全程像差校正的机理,研究了不同零点标定方式下的原理性误差,并基于全程模式自适应校正的多种技术设想,开展了系统性的实验研究与验证。(3)综合对比分析了瑞利信标、钠信标及目标照明信标三种信标体制,基于有别于传统的角度非等晕误差公式,研究并验证了目标照明信标体制对中红外激光系统的适用性。研究表明,采用非相干多光束的照明方式,可提升目标处的照明均匀性,降低闪烁效应的影响。(4)针对全程光束指向控制,本文重点关注了角锥棱镜阵列后向衍射光场对光束整体倾斜探测的影响以及近水平大气蒙气色差对高精度光轴标定的影响。研究表明,当波前传感器缩束比正偏离2%(缩束比偏大)时,若考虑角锥阵列衍射,波前传感器对于倾斜波面的测量会存在明显差异;开展高精度光轴标校时需要通过仔细选择实验时刻以提高标校精度,在选定的典型实验场景下,傍晚转换时刻前后近地面蒙气色差所引起的偏折角误差通常不超过0.25μrad。
本文提出了宽场、消色差、温度补偿风成像干涉仪(FATWindII)中次级条纹的精确计算模型,并模拟了次级条纹在探测器上的分布;计算了由次级条纹引起的温度与风速的反演误差.在三维坐标下,推导了任意倾斜角楔形补偿玻璃的调制度调制函数和相位漂移公式,并得到了FATWindII的楔形补偿玻璃的最佳倾斜角.结论表明,采用增透膜与楔形补偿玻璃结合的方法可将FATWindII中的次级条纹的相对强度压制到低于2.5%,并使次级条纹引入的温度和风速反演误差低于0.05K和0.045m/s.此研究为宽场、消色差、温度补偿风成像干涉仪的设计、研制以及定标提供了重要的理论依据及实践指导.
针对差分吸收相干激光雷达在CO2浓度反演时对信号的高信噪比需求,研究了一种基于Golay脉冲编码的差分吸收相干激光雷达及其解码方法,以改善系统信噪比,降低浓度反演误差。分析了采用脉冲编码技术对传统大气后向散射信号相干探测信噪比的编码增益,研究了编码增益随本振光功率、编码长度和3 dB耦合器分束比的变化规律,本振光功率越高、分束比偏离50%越多,则编码增益越低,且在实际系统中,存在最优的编码长度。当本振光逐渐增强时,热噪声对系统的影响逐渐降低,相干探测系统存在最优的本振光功率,该功率与回波无关仅与系统的噪声水平有关。脉冲编码后最优本振光功率相对于单脉冲探测时下降,但其探测信噪比仍优于单脉冲探测,当3 dB耦合器分束比为0.495时,最优本振光功率为0.93m W。脉冲编码后,系统对CO2的有效探测距离增加,且在104～1010范围内进行脉冲积累时,相较于原系统距离增长率大于15%。
衣着颜色是行人最显著的表观特征,在视频监控场景中极易受到光照变化的影响.为此,笔者提出了一种基于多尺度光照估计和层次化分类的衣着颜色识别方法.首先,提出一种多尺度局部反射统计的光照估计模型,通过该模型实现对偏色图像的光照矫正;其次,为了精确地识别衣着颜色,设计基于融合多颜色空间特征的层次化分类器;最后,在校园监控场景采集4 998张行人衣着图像(晚上2 052张,白天2 946张)进行对比实验.实验结果表明,该方法能有效提高监控视频中衣着颜色识别准确率且至少提高12.5%.
针对传统调制样式识别算法对复杂幅相信号识别率低,所需特征参数多的问题,提出一种利用稀疏自编码器的调制样式识别算法。将稀疏自编码器和Softmax分类器级联构成识别系统,将两个高阶累积量特征参数的格雷码编码构成系统输入矢量,利用稀疏自编码器提取的深度特征作为Softmax分类器输入。在系统训练阶段,先训练稀疏自编码器,然后利用有监督算法训练分类层,接着利用有监督算法进行整体优化。对BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、32QAM、16APSK和32APSK等7种信号识别的仿真结果表明,在低信噪比时本文算法的平均正确识别率比对比算法高。
为了满足正弦摆动过程中较高面型精度,实现相关跟踪系统摆镜的高度轻量化设计,在直径110 mm圆平面反射镜的设计过程中引入了基于自适应遗传算法的摆镜结构优化。对背部粘结支撑点的大小进行了计算,同时对摆镜的有限元模型进行了轴对称的简化,提高了优化过程中的效率。介绍了自适应遗传算法结构优化的原理及优越性,并提出了两种正弦振动过程中的面型求解方案。最后将自适应遗传算法的结果与传统算法进行了比较。结果证明,基于自适应遗传算法的摆镜动态参数优化方案正确可靠,具有较高的寻优能力,对类似工程结构参数优化具有一定的指导性与借鉴性。
为满足空间相机成像质量的要求,设计了一种热控调焦机构来修正离焦量.首先,根据光学系统确定调焦方式,并通过驱动次镜沿光轴方向移动的方式设计了调焦机构,该结构占用空间小且质量较轻.然后,根据调焦需求,选取热膨胀系数较高的铝作为主要材料,采用在镜座背面贴加热片等措施保证次镜在恒温下工作,并通过有限元方法对调焦机构性能进行了建模分析.最后,对调焦机构工作状态进行分析验证,利用Zernike多项式对其工作时所产生温度变化引起的镜面变形进行拟合,把变形后的面形输入到Zemax软件中,以调制传递函数作为光学系统成像质量评价指标,分析了调焦机构在正常工作时次镜面形变化对相机成像质量的影响.结果表明,调焦机构符合设计指标,且工作时次镜面形的变化对光学系统成像质量的影响可以忽略,与传统调焦机构相比,具有质量轻、结构简单等优点.
为实现旋翼的遥感探测分类与识别,对基于微多普勒效应的扩展旋翼面目标激光回波特征开展研究。采用物理光学面元法构建了运动扩展旋翼的相干激光探测微多普勒回波模型,分析计算了旋翼激光角度散射特性,证明远场条件下旋翼各处回波反射率一致。对三种典型形状旋翼的激光探测回波进行了仿真,通过平滑伪魏格纳维利(SPWV)变换得到了扩展旋翼的时频特征。电磁散射机理证实各频率带的产生与旋翼结构形状相关,且桨叶数量以及整体平动速度并不影响旋翼形状在时频图中的特征表达。据此提出了旋翼形状参数的激光探测求解方法,通过仿真验证了展弦比、根梢比以及桨尖后掠角三种参数算法的正确性,为后续的旋翼探测识别奠定了基础。
针对干涉成像光谱仪所成图像的特点 ,将分类算法运用于干涉图数据压缩 针对单一和复杂两类目标 ,采用不同的处理方法 ,得到了较好的压缩效果
界面陷阱会显著影响探测器的瞬态特性,为揭示其内在机理,并为探测器设计提供借鉴,基于二维仿真开展了背照式光伏型InSb红外探测器瞬态特性的界面陷阱效应研究,分析了界面陷阱与空穴浓度、复合率、电场等关键物理参数的相关性.研究表明,随着界面陷阱密度的增加,界面附近的复合率和电场会随之增加,空穴浓度会减小,而在电流密度分布中出现了"黑洞",且该"黑洞"位置逐渐向pn结移动.此外,随着界面陷阱密度的增加,瞬态光响应会逐渐减小.
在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设计提供参考. 
以IKONOS影像为数据源,对IHS、PC,Gram-Schmidt和基于亮度调节的平滑滤波(SFIM)四种融合算法进行融合处理,对其结果进行了评价.结果表明,定性比较主观性较强,定量比较方法虽多,但大都有一定的局限性,不同谱段的计算结果总有些差异.因此,定量评价时应该多选一些波段与评价方法才能获得比较客观的评价结果.光谱曲线的比较不失为一种比较好的方法,在对光谱曲线进行比较时本文引入了光谱角度和几何距离两种方法进行定量的比较.
为了提高水面环境下的弱目标红外图像的视觉质量,本文基于红外辐射理论,结合边缘分析与透射率等参数获取,实现了复原增强。通过辐射理论分析获得了原始场景图像关于透射率与路径辐射光的函数表达。利用暗通道先验,获取粗糙的透过率,结合边缘权重分析与导向滤波,获取精细透过率。在边缘分析基础上,确定了路径辐射。观测实验证明本文增强结果的潜在目标区域的局部对比好,突出了边缘与纹理特征。测试结果表明,本文方法运行速度快,增强的视觉效果好,客观评价值高,为后期的目标探测、识别等应用奠定了基础。
提出了一种以抑制柔性连杆振动控制为目标的运动轨迹规划策略。针对柔性连杆线性化的一阶模态动力学方程,考虑连杆端点振动的零初始条件和零残余振动的终止条件,分段设计连杆端点的振动曲线,之后根据分段函数连接点的约束条件,得到以抑制连杆端点残余振动为目标的连杆刚性转角的加速—匀速—减速三段式运动轨迹。采用PD控制器获得柔性连杆系统的控制输入力矩。数值仿真验证了提出的方法的正确性。
介绍了卫星姿态敏感器的重要作用,总结了国内外相关机构对红外地球敏感器受扰状况的分析及相关技术。针对红外地球敏感器容易受扰的现实,以扫描式红外地球敏感器为例,详细分析了各种抗干扰原理及相关技术措施,强调了考虑星上敏感器采取抗干扰措施的必要性,对红外地球敏感器的抗干扰设计有一定的指导作用。
分析了衍射光学元件在红外光学系统中的消热差特性,设计了工作于8～12μm,全视场角为6.44°的红外消热差光学系统,设计结果表明,该系统在-10℃～60℃温度范围内成像质量接近衍射极限,适用于像元尺寸为45μm的非制冷焦平面阵列探测器。
随着计算机和CCD技术的发展,全息技术与现代计算机技术、数字图像处理技术、空间光调制技术及自动化技术相结合,成为一种新技术-数字全息成像技术。正因为数字全息技术涉及光学全息技术、计算机技术、电子成像技术,所以它不仅可以得到原始物体的振幅,还能得到相位信息,使其在重构三维物体表面形态方面具有一定的优势。分析了基于卷积的离轴数字全息重构的基本原理,建立了离轴数字全息三维重构的一般过程,通过最小范数法对图像进行解包裹计算。结合全息重构算法,使用C语言实现了数字全息三维重构软件的设计和开发。通过重构软件对CCD采集的全息图进行重构,在重构的过程中,比较了OpenMP的不同并行方法对重构时间的影响。结果表明,OpenMP并行方法可以有效地提高数字全息三维重构的速度,并得到了理想的重构效果。
为了解决RFID传感网络中阅读器与阅读器之间的信号的碰撞问题提出了防碰撞的概率功率控制算法.该算法利用各阅读器的发射功率在同一时隙服从不同的概率分布,从而来减少相互之间的干扰,获得最大的阅读范围.功率的概率分布采用β分布.仿真结果表明,概率功率控制算法能有效地防止阅读器信息碰撞,提高阅读器的读写范围.
激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质在线监测方面展现了突出的应用前景和研究价值。针对该技术在实际应用中会由于脉冲激光功率起伏导致的长期测量稳定性差的问题,建立了闭环负反馈式脉冲激光功率锁定装置,采用激光功率负反馈信号控制和锁定Nd∶YAG激光器输出功率。实验研究了不同分光比例脉冲激光器锁定在设定输出功率,同一分光比例激光器锁定在不同输出功率以及长时间运行时的功率锁定。结果表明,不同的分光比例对激光输出功率的锁定效果影响不大,分光比例越小,稳定速度越快;同一分光比例实现激光脉冲功率不同预设值的锁定以及在长时间运行时,采用此装置进行功率锁定后,激光输出功率处于预设区间内,RSD值由自由运行时的2.4%降低至1.1%。 
为了解决压缩感知重建中噪声引起图像质量明显下降的问题,研究了自适应学习的压缩感知模型,提出了一种盲压缩感知图像重构方法。该方法采用盲压缩感知的稀疏矩阵与稀疏基交替更新的思想,应用了图像冗余变换和初始组合余弦变换基相结合的迭代策略,解决了压缩感知中的稀疏基难于表示的问题,抑制了噪声,提高了图像重构质量。通过实验验证所提方法较基于小波变换的正交匹配追踪方法和全变差方法有明显的噪声抑制功能,且能保持较好的图像纹理信息。
光计算具有二维和多维并行性,为此人们提出了一些数字系统以适应光计算.文章分析M SD数的特点,讨论了M SD数加法来说明M SD数字系统适合光计算. 
介绍了嫦娥二号卫星CCD立体相机的设计思想与结果、发射前检测与地面推扫成像试验。嫦娥二号卫星CCD立体相机仍采用与嫦娥一号相同的线阵推扫成像模式,但嫦娥二号卫星CCD立体相机的技术指标要求大幅度提高,主要表现为地元分辨率由嫦娥一号的120m提高为嫦娥二号在100km圆轨上优于7m与在100km/15km椭圆轨道近月弧段优于1m。地元分辨率提高,加之轨道降低造成地速增大,致使在100km/15km椭圆轨道上对虹湾极低反射率的月面成像时最长曝光时间不能超过0.6ms。同时又要求相机在100km圆轨上曝光时间为4.5ms时不产生饱和,即CCD立体相机既要满足100km圆轨的全月面立体成像,同时又要满足在100km/15km椭圆轨道上1m成像分辨率的局域高精细探测,从而要求扩大相机的动态范围以及提高探测灵敏度,这些都使嫦娥二号CCD相机的设计、研制难度大幅增加。实际设计与发射前检测表明,嫦娥二号卫星CCD立体相机很好地满足了任务要求。
针对弱小目标与云边缘杂波的运动速度相当时,传统时域廓线算法的检测性能将会出现明显下降.文中提出一种对比滤波的时域廓线算法.针对传统方法出现虚警的情况,该方法在分析弱小目标、云边缘杂波以及平稳背景3类像素点时域特性的基础之上,首先利用时域廓线特性抑制平稳背景;然后依据云边缘杂波像素在空域连续,而弱小目标像素在空域孤立的特性,构造空域对比滤波器,并使用对比滤波器对去除平稳背景的图像数据进行滤波;最后再进行时域廓线的驻点连线滤波,以实现对弱小目标的检测.仿真结果表明,该算法能明显消除与弱小目标运动速度相当的云边缘杂波虚警,提高了弱小目标的检测概率.
在数据库中发现知识，又称为数据发掘，其目标是从大型数据集中发现先前未知的潜在有用的模式或知识。本文对该领域进行简要综述，并主要从数据库角度讨论若干数据发掘问题与方法。
为了解决流道优化设计中的流量分配问题,基于COMSOL Multiphysics软件进行二次开发,采用显式边界水平集方法和真实无滑移边界条件,数值求解不可压缩Navier-Stokes方程,提出了基于水平集边界显式化方法的适合管道流量分配的优化模型,并验证了优化模型的数值敏度,通过算例证明了基于显式边界水平集方法建立的优化模型能够有效地解决流道优化设计中流量分配的问题,并且在优化的过程中保留了水平集方法进行拓扑变化的特性。
在光电经纬仪支架结构优化设计中,为了减少支撑平台变形对被支撑对象工作性能的影响,引入连续体拓扑优化技术进行结构设计。对支撑平台结构进行优化设计,使得受载荷时支撑平面的变形量减少。根据两种支撑平台的结构形式及可能工作的环境,建立位移最小热力耦合拓扑优化数学模型。应用材料属性有理近似模型(Rational approximation of material properties,RAMP)对弹性模量及热应力进行插值,并推导目标函数对设计变量的敏度,用Matlab编程,在Comsol脚本环境下对支撑平台结构在三种工况下分别进行拓扑优化设计。对比经验设计结构与拓扑优化设计的结构支撑平面的变形值,结果显示经优化后的结构支撑平面变形明显得到改善,证明了方法的正确性,为支撑平台结构设计提供可靠的理论基础。
干涉光谱仪获取的干涉数据是一种中间数据,需要进行光谱反演,常规的方法是采用傅里叶逆变换反演光谱。文章由干涉数据的基本公式入手,推导出干涉数据的混合模型,给出一种基于干涉数据混合模型的光谱反演方法。利用干涉数据对该方法及傅里叶逆变换方法进行计算机仿真,对其光谱反演结果进行对比。由仿真结果可以看出,所提方法反演的光谱精度要优于通用的傅里叶逆变换方法反演的光谱,为干涉数据光谱反演提供新的思路。
结合信号仿射重建技术和图像噪声散点直方图,提出了一种图像噪声水平估计方法。首先,对于输入的噪声图像,采用基于分水岭的图像分割算法,将其分为若干像素均匀的图像块。采用仿射信号重建算法,实现无噪声的仿射图像信号和噪声余量图的分离和获取。从噪声余量图中计算获取各图像分块的噪声散粒点,每个散粒点表示各个图块的噪声标准差大小。随后,统计噪声散粒点直方图,进而确定最多散粒点分布的噪声强度区间。最终的图像噪声标准差估计值由该选择区间内的所有散粒点标准差均值计算得到。对比实验表明,算法能够进行准确可靠的图像噪声水平估计,对于细节和边缘丰富的图像效果优异。
花粉是生物气溶胶重要的组成部分,复折射率是研究花粉光学特性以及探测、识别生物气溶胶成分的重要参数。采用压片法对梨花粉2.5~15μm波段的反射光谱进行了测量,利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了复折射率,并就傅里叶红外光谱仪测试压片的入射角和复折射率长波长、短波长区外推两方面对结果作了误差分析。结果表明,测试时18°入射角以及长波长、短波长区外推对梨花粉复折射率的计算结果影响不大,利用反射光谱计算花粉复折射率的方法是可行的。计算得到的复折射率谱对梨花粉光学特性的研究以及生物气溶胶成分的探测、识别有一定的参考价值。
空间目标光学横截面积(OCSA)的准确计算是空间目标特性分析及识别的重要基础和前提之一。针对面元网格法计算OCSA实时性差,计算机图形学方法对材质的双向反射分布函数(BRDF)描述能力弱等问题,提出了一种基于OpenGL拾取技术的复杂空间目标OCSA计算方法。通过OpenGL拾取技术实现面元的一次遮挡判断,再基于改进Z缓冲技术实现面元的二次遮挡判断,在实现计算实时性的基础上保留了面元的详细信息,使高精度BRDF模型应用及OCSA精确计算得以开展。设计了嵌套式圆柱体和实际卫星模型并计算了其OCSA值,其中嵌套圆柱体OCSA的计算误差小于0.08%,在普通计算机上运行的平均耗时小于0.01s,对卫星OCSA的计算平均耗时小于0.1s,验证了本文方法的正确性和实时性。 
通过对傅里叶变换成像光谱仪数据的高低频反演光谱与光程差间的关系进行分析,提出一种光谱插值预测与量化编码压缩方法.仿真结果表明,在相对光谱二次误差&lt;1%的情况下,压缩比优于5∶1.
在理论分析无透镜傅里叶变换全息图记录的基础上,结合CCD的结构特点,用傅里叶频谱方法具体研究了无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的再现问题.指出在无透镜傅里叶变换全息术中,对有限尺寸物体而言,在记录过程不满足申农(Shannon)采样定理的条件下,仍能完整再现出物体的像.同时对再现像的变化特点进行了理论说明.所得的实验结果与理论分析一致.
实现脉冲星导航首先需要对脉冲星进行高精度测量,而脉冲星辐射的X射线相干时间极短,到达卫星探测器的光通量极低,必须在极弱光条件下实现强度关联探测来获取脉冲星信息。针对这一问题,使用可见光模拟源进行了强度关联干涉测量实验研究,获取二阶干涉条纹并得到了对应的角直径,分析了符合计数对测量误差的影响,以及探测系统的空间和时间分辨率对强度关联干涉测量结果的影响,为脉冲星X射线强度关联探测系统硬件参数的选取提供了依据。
针对嫦娥一号卫星CCD立体相机空间分辨率不足的问题,运用最大后验概率估计法(MAP)实现了月表影像的超分辨率重建。介绍了嫦娥一号卫星CCD立体相机的成像模型,分析了图像获取过程中的主要影响因素,并建立了相应的超分辨率重建模型。基于该模型,首先采用误差-参数分析法估计嫦娥一号卫星CCD立体相机动态成像光学系统的点扩散函数(PSF);然后将估计的PSF应用到MAP算法所建立的目标函数中,采用共轭梯度法对目标函数进行最值求解;再通过VC软件平台编程实现了对单帧正视月表影像的超分辨率重建;最后从信息熵、清晰度和频谱等方面对重建图像进行评价,结果表明重建图像像质优良。
针对近期提出的基于压缩感知(CS,compressed sensing)理论的压缩编码成像方法在重建后引入较多类似于噪声的伪影(artitacts)问题,为了使压缩编码成像方法获得更好成像质量的图像,本文提出一种改进的压缩编码成像方法。本文方法将多值模板(MVM)代替二值模板来增强编码质量,并利用自适应全变分(TV,total variation)去噪方法去除重建后的高分辨率图像的伪影。实验结果表明,这种方法很好地改进了压缩编码孔径(CCA)的成像质量,并且大幅提高了图像的信噪比(SNR)。
[正文]自1914年Max Laue发现X射线晶体衍射后,X射线晶体学已经成为人类探索微观世界的强大工具,如生物分子结构和纳米材料研究等[1—3]。然而,很多重要分子材料的结构信息,如膜蛋白,仍然难以得到,因为这些材料很难生长为较
针对柔性臂坐标测量机误差因素复杂且误差影响之间呈非线性的问题,分析了误差因素并对部分动态误差进行研究,提出了一种基于模拟退火和神经网络的柔性臂坐标测量机动态误差补偿方法。利用BP神经网络建立动态误差补偿模型,通过模拟退火算法优化权值从而解决了神经网络的收敛速度慢的问题。通过实验获得数据样本,训练所建模型后对测试数据进行误差补偿。与BP神经网络模型进行对比结果表明,补偿测试点后得出的单点重复性测量误差提高了60.85%,长度测量误差的精度提高了54.79%,证明了所提方法的有效性和可行性。
提出了一种基于Memetic算法的编码曝光最优码字序列搜索方法。分析了编码曝光成像理论模型,建立了最优码字选取的适应度函数准则。引入Memetic算法框架并开展了最优编码序列搜索,利用遗传搜索算法进行了全局最优解搜索,并在此基础上利用模拟退火算法进行了局部最优解求解,通过适应度函数的阈值约束及种群和最优解的更新迭代,得到了最优码字搜索结果。研究结果表明,相比其他方法,所提算法兼顾了全局最优与局部最优的求解,得到的最优码字序列具有更优性能指标,算法执行效率高,复原图像的主客观评价质量更好。
针对刚柔耦合空间机械臂动力学建模中对柔性体采用的传统描述方法(有限元法、模态综合法以及集中参数法等)并不足以精确描述柔性大变形的问题,采用绝对节点坐标法描述柔性体,采用自然坐标法描述刚性体,建立了末端带集中质量的双连杆柔性机械臂的动力学模型并且研究了机械臂的空间定位问题。结合广义α法以及工程上常用的Scaling技术,开发了计算程序,实现了动力学方程的高效精确数值求解。针对机械臂的空间定位以及柔性变形问题,提出了一种运动规划方案,采用PD控制策略,实现了机械臂的运动跟踪控制;仿真结果表明:提出的运动规划方案能有效地减弱机械臂的柔性变形。
针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。
复杂的环境中不仅存在着随机湍流使大气折射率产生着时刻的变化,还存在着各种遮挡物对光波振幅进行着调制,极大的影响了光学成像质量,成为限制目标清晰成像的主要因素。为了克服复杂成像环境对光学成像分辨率的限制,通常采用图像后处理技术、自适应光学技术等手段对成像质量进行恢复。图像后处理技术对图像的拍摄条件、样本的数量、图像的先验信息等都有特殊的要求,数据计算量大,很难做到实时或准实时。传统自适应光学技术虽然能对环境中的波前畸变进行实时的探测与补偿,但其在非等晕、大视场应用方面存在瓶颈,且系统复杂、成本昂贵、控制难度大,使其在小型化的设备领域很难普及其应用。除此之外,由于复杂成像环境中,光传输通道上可能存在的障碍物对目标光场进行了调制,不仅使目标光场信息缺失,还使系统无法通过传统自适应光学方法以被部分遮挡的扩展目标为信标获取波前畸变,使成像系统不能通过自适应校正来获取目标的清晰成像,导致传统自适应光学无法应用在存在障碍物的复杂成像环境中。计算成像将“先采集、再处理”的传统成像概念转变为“先编码处理、然后采集、最后解码复现”的计算成像概念,利用编码算法将高维信号投影变换到低维空间,再利用低维探测器对高维空间进行直接成像,最后采取算法解码获取目标多维信息,进而获取更丰富的目标信息。该技术具有突破Nyquist采样定理及衍射极限对成像效率和成像分辨率限制的原理优势,结合自适应光学成像技术,有望实现复杂信道中的高鲁棒性清晰成像。本论文中,结合计算光场成像系统优势,提出将计算光场成像技术应用于自适应光学成像的方法,区别于传统的相位共轭式自适应光学成像,计算光场自适应光学成像系统旨在以计算成像的相关处理方法消除复杂环境对成像光场振幅与相位的双重干扰。计算光场自适应光学中将目标和干扰的光场进行整体测量,再利用目标与干扰光场的四维光场信息分布特点,通过计算方法将其进行有效的区分、滤除。一方面能在大视角范围内对干扰导致的目标光场波前畸变进行探测复原,并以计算方式自适应的补偿成像空间中的复杂波前像差扰动。另一方面,可以对复杂环境中障碍物对目标光场成像的不良影响进行特定的滤除。与传统自适应光学成像方法相比,该方法具有较大的探测视场,可以直接以扩展目标作为信标进行波前信息解算。系统中无主动光学器件,无动态器件,以计算成像方法代替了机械变形镜等像差补偿结构,对成像空间中的复杂波前像差扰动进行自适应的补偿,像差探测、补偿动态范围大、系统设计紧凑、成本低廉,可以在补偿环境波前畸变的同时,在更高的光场维度消除成像光路中障碍物对成像的不良影响,最终获取目标清晰成像。
介绍了红外成像探测技术的发展历史和现状,分析了目标、环境和任务等因素对红外成像探测技术发展的影响,阐述了改变获取信息方式、提升获取信息能力、增强资源利用实现红外成像探测系统技术、体制创新的主要途径,分析了基础理论与相关技术的革命对红外成像探测技术发展的推动作用,归纳了基于由低维度探测到高维度探测演进这一红外成像探测技术发展演变的基本规律,并据此推演了其未来发展趋势,并根据红外成像探测新概念、新技术的发展情况,介绍了今后应关注的技术方向,尤其是通过新颖的光学技术和计算成像等新概念的成像机理来满足新的需求。
以嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪为例,介绍了Sagnac干涉仪的设计思想,共光路及横向剪切原理、剪切量的计算方法以及干涉仪分束面上分束区与透射区的设计.该Sagnac横向剪切干涉仪作为嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的核心部件,经检测与在轨运行,表明设计正确,经受了包括月食低温在内的各种恶劣的航天环境的考验,获得了大量清晰的月表多光谱图像.
无线通信在现代指挥控制体系中扮演着越来越重要的角色。提出双最大时间间隔(Dwell)PN码捕获算法,有效地解决了传统的PN码捕获技术在频率选择性衰落信道中恶化的问题,仿真比较了双Dwell算法与传统的差动捕获算法两种算法在检测概率、虚警概率和平均捕获时间等方面的性能,结果表明在相同硬件和信噪比条件下双Dwell算法具有更优越的性能。
设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。采用全矢量平面波展开法并结合完美匹配边界条件,对其偏振特性进行了理论模拟。详细讨论了微结构光纤参数的变化对单偏振单模带宽和工作波长的影响,发现在0.57～0.71μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模。光束传播法计算表明,在波长0.65μm处具有7圈空气孔的单偏振单模微结构聚合物光纤的传导偏振模约束损耗仅为1.24dB/m,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。
从彩色矩阵显示的亚像素排布(SPA)出发,详细分析了亚像素采样(SPS)颜色错误出现的原因及条件,指出了颜色错误与SPA的关系,得出对任意一种SPA颜色错误只发生在与排布错误方向平行且图像输入频率大于Nyquist频率的区域。根据人眼视觉特性,提出了区域混合的颜色误差评测方法。此方法以原图像颜色为基准,最小化结构基元覆盖区域下的颜色误差,对图像累计该误差并以累计结果的各种统计指标作为显示图像与原始图像颜色偏差的一种度量。计算结果与仿真实验的分析结果相符,能够正确反应出SPS对混色问题的影响。
条带噪声是影响多光谱遥感图像质量的重要因素之一,严重影响遥感数据的解译和信息提取。提出一种应用相位一致性进行多光谱遥感图像条带噪声质量评价的方法。该方法不受图像亮度或对比度变化的影响,以频域中相位一致性探测图像特征点,综合考虑图像中条带噪声的数量、长度、宽度和强度建立评价因子,客观评价遥感图像中存在的条带噪声对图像质量的影响。实验证明该方法评价结果符合人眼视觉感官评价。
系统比较了一组标准诱变剂诱导Ｌ５１７８Ｙ和ＷＴＫ１细胞的微核反应，结果表明，这两种细胞微核试验方法简便灵敏，有推广价值。两种细胞对受试物的反应各有特点，如同时应用于一个短测系统，可提高筛检诱变物的准确性。
针对传统被动水下偏振成像方法忽略水体对光的吸收效应,成像结果中存在严重的色彩失真,且并未深入发掘利用背景散射光中包含的场景信息的问题.提出浅海被动水下偏振成像探测方法,该方法从水体中背景散射光的传输特性出发,分析场景深度信息与散射光的物理关系,建立基于深度信息的水下Lambertian反射模型,实现无色彩畸变的水下目标场景清晰成像探测.实验结果表明,该方法能够提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰探测结果,提高水下成像探测能力.
系外行星的直接成像是当今国际天文学研究的热点,而对潜在的系外行星候选体进行大面积普查将是未来十年天文学的迫切需要。国际上中小型2 m级望远镜上部署的ROBO-AO瑞利激光信标自适应光学系统（AO）,可以灵敏而快速地删察系外行星候选体。但瑞利信标高度引起的聚焦非等晕效应是限制其行星探测能力的重要因素。基于1.8 m望远镜61单元钠信标自适应光学系统优化构建系外行星高对比度成像系统,它将在近红外波长范围内提供系外行星的高对比度成像。通过对钠信标AO高对比度成像过程的仿真,发现在理论上,钠信标AO系统的系外行星高对比度成像性能优于ROBO-AO,即在2 h曝光时间内,可以实现与母恒星光通量比为4×10-7的行星的直接成像,而相同环境下,ROBO-AO系外行星直接成像能力为1×10-6,其中行星与恒星的角间距为1’’。 
视网膜识别技术稳定性好,安全性高。常规眼底相机获得的图像分辨力低,给图像编码和模式匹配带来困难,使得基于常规眼底相机的视网膜身份识别技术难以推广应用。利用自适应光学眼底视网膜高分辨力成像技术采集眼底视网膜高分辨力毛细血管图像,经归一化和滤噪后,采用Gabor滤波算法进行特征提取,汉明距离进行模式匹配,对实验样本进行了准确的身份识别,验证了该技术的有效性,拓展了自适应光学眼底视网膜高分辨力成像技术的应用范围,在某些要害部门可能发挥重要的安保作用。
设计一种针对粗糙表面目标的基于稀疏限制的鬼成像(GISC)实验装置,研究并分析接收系统的数值孔径与粗糙目标尺寸对GISC成像性能的影响。结果表明,粗糙目标的GISC成像质量与接收系统的数值孔径和目标尺寸均呈正相关。本研究可以为GISC装置中接收系统的光路设计提供重要参考。
针对傅里叶望远镜系统激光在湍流大气中传输造成的成像质量下降,分析了湍流对光束传输特性的影响,指出成像质量的下降主要来自于上行传输链路中湍流造成的光束漂移与光束扩展,从而产生光束指向误差。分析了指向误差影响成像的机理。通过数值计算得出了不同强度湍流造成整条上行链路光束指向误差,并通过系统仿真,得到了不同强度大气湍流条件下的成像结果。结果显示:在弱湍流与中湍流条件下(大气折射率结构常数小于10-14 m-2/3),随机指向误差较小(偏移比小于0.06),复原图像有较好的识别性;在强湍流条件下,成像质量下降严重。因此系统应选择避开强湍流地理位置与时段进行工作。
自然界中普遍存在光散射现象。如何通过散射介质实现高分辨率成像是光学成像领域亟待解决的重要问题。在早期研究中,多重光散射被认为是雾霾、云层、生物组织等复杂介质成像中的障碍。然而,最近研究表明,散射并不是成像的基本限制:光子在经过多次散射后仍然包含了大量信息。为了深入了解新兴的计算光学成像是如何解决多重光散射问题的,文中主要介绍了波前整形、散斑相关及深度学习等方法在散射成像领域中的研究进展。最新的研究成果表明:波前整形可以实现动态散射介质内部的高分辨率快速聚焦;散斑相关能够利用单帧散斑实现非侵入式成像;基于深度学习的成像技术能恢复出隐藏在光学厚度为13.4的白色聚苯乙烯平板背后的物体。 
针对可见-红外图像,结合多窗口选择下的视觉注意图的提取,实现了双波段图像的增强融合。利用局部频率调谐获取视觉注意图,以模拟人眼赋予不同区域与像素不同的注意权重的功能;设计了多窗口尺度下的视觉注意图的提取方法,以凸显提取不同尺寸的特征信息;在多窗口尺度下的视觉注意图的基础上实现双波段图像的增强融合。利用双波段图像对进行论证实验,并结合主客观评价对多种融合方法进行评估。实验结果表明,所提出的方法在满足人眼的视觉要求并有效保留细节的同时,具有较快的运算速度。
超椭圆柱设计表面能够减小线圈与目标的距离,提高空间利用率,扩大成像区域的有效范围.提出利用流函数法及柱面的可展性在超椭圆柱面上设计核磁共振成像系统中的梯度线圈.根据Biot-Savart定律建立磁场强度与流函数的表达式,采用最小二乘法和Tikhonov正则化方法构造了双目标设计函数.利用柱面的可展性提高了基于分片离散流函数计算电磁场的数值精度,通过L-曲线方法实现了正则参数的合理选取.通过引入适当的流函数边界约束条件,把梯度线圈的优化问题转化为适定线性方程组的直接求解问题.通过数值算例验证了超椭圆柱面展开求解方法的正确性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%的设计约束下,该方法在设计超椭圆柱面线圈驱动电流分布的同时有效控制了梯度线圈的能耗.
利用线性解混合方法处理高光谱图像数据,需要获取存在于光谱图像中的纯光谱.目前的纯光谱提取方法都需要复杂的运算,并且都没有被证明具有普遍适用的特点.在特征空间对光谱图像中信息存在形式进行有效分析的基础上,提出基于特征空间分析和光谱相关制图法相结合的纯光谱提取方法(FSASCM),具有复杂度低、对大多数高光谱图像数据普遍适用的特点.
基于Silvaco二维数值仿真研究了界面陷阱对背照式p-on-n台面型In Sb光伏红外探测器串音和量子效率的影响,通过分析探测器中复合率分布、空穴电流密度分布、电场分布等与界面陷阱的空间分布及浓度的相关性,揭示了界面陷阱影响探测器的稳态性能的内在物理机制.研究结果表明,N-型In Sb有源区与钝化层界面处的陷阱和像元台面间的界面陷阱都会在提高串音性能的同时降低量子效率,但由于两者作用区域不同,所以对两种性能的影响程度不同.
提出了一种基于时间分辨及傅里叶变换测量激光线宽的方法,其分辨率仅受限于傅里叶极限。在实验上通过时间分辨方法测量了半导体激光器和光纤激光器的线宽,并与射频频谱分析的方法进行比较。对两种激光器在不同积分时间内进行线宽测量,结果证明这种傅里叶极限线宽测量的方法相比于射频频谱分析的方法具有更小的测量误差,通过时间分辨方法获取频谱信息具有实时采集的优势。 
从图像降质模型出发,研究运用最大后验概率(MAP)估计法实现图像超分辨率重建。简单介绍了MAP方法的发展现状,并分析了该算法中存在的缺陷,即目标函数的吉布斯(Gibbs)项对于重建图像的噪声抑制力不均衡。针对该缺陷采用原始低分辨率图像插值后图像的梯度场对MAP目标函数的Gibbs项系数进行修正,使该系数对各像素根据相应梯度值自适应的调整,在一定程度上均衡了目标函数对于不同梯度值区域的约束力。采用共轭梯度法对改进前后MAP算法分别求解并进行了仿真。结果显示相比传统MAP算法,改进的MAP算法得到的超分辨率图像,既很好地恢复了细节,又很好地抑制了重建过程中引入的噪声,总体像质有了明显提高,同时在迭代求解过程中也表现出很好的收敛性与稳定性。
背景抑制是红外小目标检测的关键技术。对空域高通滤波、最大中值滤波、单一结构元素形态学和多结构元素形态学的背景抑制原理进行分析,并在云杂波背景条件下对4种算法进行仿真并作比较。仿真结果表明多结构元素形态学算法性能最好,最大中值滤波算法次之,单一结构元素形态学算法稍差些,高通滤波算法最差。
提出了一种基于高/多光谱图像的空天一体融合仿真方法.以航空高光谱数据为基础,根据航天多光谱遥感相关参数,通过空天一体光谱维变换、尺度空间变换、辐射强度变换、混合像素变换和噪声变换将航空高光谱图像中的地物目标进行空天一体映射到航天多光谱图像中,得到特定地物目标的航天多光谱融合模拟仿真图像.仿真实验表明该方法简便易行,有效地减少了地物目标的三维建模和探测器响应建模的巨大工作量,较好地实现了对特定地物目标航天多光谱图像的模拟,开拓了遥感图像仿真模拟方法的新领域,具有重要的研究和应用价值.
为保证飞行安全,并尽可能地提高机场跑道容量,对飞机尾涡相干激光探测系统进行了设计。从飞机尾涡激光探测的总体要求出发,提出相干激光探测系统结构,同时针对激光光源参数以及平衡探测光路结构进行设计,给出整个系统的设计参数。通过对所设计系统的探测信噪比以及测速精度的仿真分析表明,所设计的飞机尾涡相干激光探测系统能够满足尾涡探测的需求,当脉冲能量达到25 mJ以上时,雷达在探测距离7 km内的探测信噪比大于3 dB;在2 km内测速精度优于0.2 m/s。
干涉型成像光谱仪是嫦娥1号(CE-1)卫星的重要设备,用于分析月球表面物质成分含量及其分布,目前所得到的2B级科学数据的光谱分辨率为325cm-1,转化为波长分辨率表示后各谱段不一样,第一个波段为7.6nm,最后一个波段为29nm,这引入两个问题:(1)与地面波谱库中用于标定和比对的光谱分辨率描述方式不一致;(2)由于波段窄而进入的信号少,造成短波光谱信噪比差。基于CE-1干涉成像光谱仪光谱重建模型,讨论了波长分辨率与截止函数的关系,提出了一种随波长及波长分辨率变化的可调截止函数,并选取相应Sinc函数进行切趾,实现了波段覆盖范围内任意指定波长分辨率的光谱数据重建。利用该方法对CE-1号在轨0B数据进行处理,得到了29nm等波长高光谱图像,采用光谱信噪、主成分分析和无监督分类等方法对重建结果与同区域2级科学数据进行比对,结果表明:短波波段光谱信噪比提高了4倍,平均提高了2.4倍,基于光谱特征的分类结果一致,数据质量大大改善。EWSR方法的优点有:(1)在保持光谱信息量的情况下,虽然牺牲部分光谱分辨率,但提高短波波段的光谱信噪比;(2)实现了在波段覆盖范围内任意指定波长位置或任意设定波长分辨率的光谱数据重建。
IGFBPs(Insulin-like growth factor-binding proteins,胰岛素样生长因子结合蛋白)在进化上是高度保守的,在IGF(Insulin-like growth factor,胰岛素样生长因子)系统中共有6种形式的IGFBPs,分别为IGFBP-1~IGFBP-6,它们与配体IGFs具有高度的亲和性,能够调节IGFs与IGF-R(Insulin-like growth factor receptor,胰岛素样生长因子受体)的结合,这为IGF信号通路的调节提供了灵活的方式。其中,IGFBP-1是IGF结合蛋白家族中第一个被发现和鉴定的成员,一些分解代谢胁迫条件会诱导IGFBP-1 mRNA的高量表达。近年来体内的研究表明IGFBP-1被喻为是限制IGF信号系统功能的"分子开关"。在胁迫条件出现时,IGFBP-1通过限制能量的使用,将生命过程由高耗能的生长发育状态切换到仅能满足生物体生存的基本的低耗能状态。本文就近年来在哺乳类和鱼类模型中IGFBP-1调控的分子机制以及生物学功能的研究进展作一综述。
关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用。精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础。以某空间机械臂原理样机为研究对象,建立了考虑关节柔性和摩擦特性的动力学模型。分别利用扭转刚度测试平台和驱动组件性能测试仪,测得了关节的刚度系数和摩擦系数。并进行了考虑关节力矩饱和非线性的PD控制律设计,同时给出了稳定性证明。为消除动力学方程系数矩阵的时变性和刚度矩阵的奇异性,将动力学方程进行等价变换,从而利用精细积分方法进行数值仿真。仿真结果表明,抗饱和非线性PD控制律能够保证机械臂在负载变化范围内,满足位置控制的精度要求。
单CCD/CMOS传感器相机捕捉图像信息靠在传感器表面覆盖一层颜色滤波阵列(CFA),经过CFA后每个像素点只能获得物理三基色(红,绿,蓝)其中一种分量。另外缺少的两种颜色分量,需要通过周围像素的值来估算。首先利用5×5模板内的像素来估计插值的方向并用最优的权重系数来插值G分量。其次利用了基于有理函数的二维插值算子在色差空间插值R(B)处缺少的B(R)分量。再次利用色差插值G处缺少的R和B分量。最后,使用方差约束条件,迭代插值过程被重复多次直到达到了最优的插值结果。通过在24幅柯达图片以及笔者相机拍摄的图片上的Matlab仿真实验,结果显示,被提出的算法无论是在视觉方面还是在量化的数据方面都表现出了优势。
针对电学比拟法设计微流体浓度分配网络芯片所存在的芯片体积大与兼容性不好等问题,提出了一种基于拓扑优化的设计方法。针对多输入端口多输出端口的微流控芯片建立了流体网络自适应调整管道体积的设计优化模型。数值算例表明该模型适用于任意指定的流量分配设计要求。同时,设计方法可以直接扩展到三维情况,以经典多层浓度梯度网络的设计为应用算例,验证了改进设计方法的实用性及集成性,对于微流控网络的大规模集成设计的发展将起到很大的促进作用。
本文针对普通数值方法求解物理光学的时间慢或精度的缺陷,根据最近几年学者提出基于广义积分法求解广义高振荡Fourier型积分,提出了基于广义积分法则的物理光学(GQR-PO),通过电磁算例验证该方法,对于求解电大目标具有精度高,消耗时间短,内存消耗小等优秀特点准确性和高效性。
针对挠性航天器利用柔性空间机械臂在轨操作目标进行分析.首先利用Kane方程和假设模态法对挠性航天器上安装有柔性空间机械臂的系统进行动力学建模.其次,采用修正的罗德里格斯参数描述机械臂末端相对服务航天器的姿态,利用五次多项式对机械臂末端的相对位置与姿态进行规划,并将目标航天器的相对运动进行补偿,基于雅克比矩阵的广义逆求解机械臂关节运动规律.然后,将反馈控制与扩张状态观测器结合,分别设计了航天器姿态稳定控制器和机械臂轨迹跟踪控制器.最后,对柔性空间机械臂捕获目标航天器以及安装模块的过程进行闭环数值仿真,结果表明,所设计的控制器能够使机械臂跟踪期望轨迹,同时使得航天器姿态趋于稳定,机械臂可以较高精度完成在轨操作. 
为了解决目前光学分束器件衍射效率低的问题,在传统的Gerchberg-Saxton(GS)算法基础上,对初始相位和迭代算法中的振幅限制方式作改进.先利用二次相位来作为迭代算法的初始相位,再在迭代过程中将输出平面分为信号区和噪音区两部分,保持这两部分的相位不变,信号区内振幅乘上一个随迭代次数不断变化的因子,噪音区内振幅保持不变.通过该方法设计9×9连续面形的分束器件,并与传统GS算法设计的分束器进行了对比,结果表明:GS算法设计得到的分束器相位存在严重的突变和不连续等问题,而本文方法设计得到的分束器相位连续平滑,可利用移动掩模技术加工.最终制备出1×3和1×9分束器,其实测的衍射效率分别为83.5%和89.4%,均匀性误差分别为3.56%和15.23%.
为了实现对热液甲烷浓度、温度和压强信息的实时、长期探测,提出一种新颖的光学被动成像干涉系统(Optical Passive Imaging Interference System,OPIIS),并建立了该系统的正演模型和反演模型。首先利用IDL语言建立了包括深海气体辐射模型、海水传输模型和仪器响应模型的OPIIS正演模型,并模拟其正演干涉图。正演干涉图信噪比总体处于50~70,浓度探测灵敏度为0.1 mmol/L,温度灵敏度为2 K,压强灵敏度为0.1 MPa。其次采用成像干涉技术结合偏最小二乘法的方法进行OPIIS数据的精确、快速反演。利用25个建模样本建立了甲烷多因变量PLS回归模型,并利用25个预测样本对回归模型进行交叉检验。该最优回归模型的浓度预测最大误差为1.9%,温度预测最大误差为0.38%,压强预测最大误差为1.0%。
离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点。以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础,重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法。主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析,讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围,有利于系统根据实际需要合理选择结构参量。比较了两种初始结构设计方法的优缺点,指出了各自的适用情况。最后依据理论研究进行了实例设计,从像质的评定结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限。
海面波浪对光线的扰动以及海水对光的吸收和散射对水下对空成像有重大影响。建立了水下对空成像的光学计算模型,采用基于PM谱的海浪模型和基于小角度散射理论的水下辐射场传输模型,利用光线追迹分析波浪对光线的扰动,得到了像面照度的分布。仿真结果的分析表明,像面上的照度由视场中心向边缘递减,并随成像深度增加按指数衰减,海浪对图像的破坏程度在消光边界附近最大。 
自由空间相干光通信具有高传输速度、抗电磁干扰能力强等优点,逐渐成为无线通信领域的研究热点之一。由于大气湍流随机扰动,光信号会产生光束漂移,相位起伏等现象,导致光通信质量严重降低。因此,自适应光学技术作为抑制大气湍流影响最有效的方法被引入其中。而自适应光学技术当中,控制算法作为核心,其性能优劣直接决定了系统波前畸变的校正效果。本文研究了自适应光学系统中比例积分(Proportional Integral,PI)算法和迭代算法的校正特性,并对PI算法进行优化,主要工作如下:1、根据Zernike多项式仿真经大气湍流扰动产生相位畸变的波前,并依次采用高斯赛德尔迭代算法、重复学习迭代算法及基于直接斜率法的PI控制算法对模拟波前进行校正以分析参数影响。同时分析上述三种算法运算量,讨论迭代算法及PI算法的校正特性。2、针对PI算法进行改进,形成双重模糊自适应比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制算法。双重模糊自适应PID算法通过引入权重因子及阈值判断模块,使得该算法在完成控制参数自整定的同时灵活调控算法运算量,提高算法性能。同时通过仿真对模糊自适应PID控制算法中各种参数的影响进行了分析。3、设计实验平台进行波前校正实验,以波前峰谷值、波前均方根值为评价指标,通过大量实验验证了迭代算法及基于直接斜率法的PID类算法有效性,并对算法中各个参数的影响进行了分析讨论。同时针对双重模糊自适应PID算法搭建外场实验平台,验证该算法对波前畸变的校正能力及参数影响。本文通过实验验证了迭代算法和PID类算法均可有效校正波前畸变,但两者的校正特性有所区别。迭代算法由于迭代公式构造原理的多样性,可为自适应光学系统校正畸变波前提供更多校正思路。但是,此类算法在收敛性、参数整定等方面存在一定问题。相比之下,PI算法由于原理简单,校正效果优良等优势,更适合进行波前修正。而优化后的双重模糊自适应PID算法则通过加入模糊控制、权重因子、阈值判断等提升其性能。实验结果表明双重模糊自适应PID算法可在保证系统校正效果的前提下增加算法对外界环境的自适应力,且其运算量可根据实际需求进行调控。
本文提出了一种新的用于反射面快速计算的算法——多层物理光学法。通过将PO面积分转换成为离散电流源求和,新算法充分利用PO面积分的先验知识,减小了反射面上的采样点,提高了多层物理光学法的效率。新算法以八叉树组织层次结构,具有更好的通用性,并能够方便地处理任意轮康的反射面。通过实例显示了新算法的效率,新算法的计算复杂度为O(N~2logN)。 
X光傅里叶变换鬼成像(FGI)有望实现台式纳米级显微系统,但其光源为小型化实验室X光源,单色性较差,难以直接获取高质量的样品衍射谱。针对这一问题,进行了非单色光FGI理论推导和数值模拟分析,阐明了非单色光源对衍射谱失真的影响机制,并在此基础上提出了衍射谱校正方法。基于不同波长对应的衍射谱之间的尺度变换关系,可以建立样品衍射谱与非单色光强度关联函数之间的矩阵方程,从而解算出样品衍射谱。
利用数字微镜器件(DMD)的可控性,搭建了一种基于数字微镜器件幅度调制的单臂鬼成像实验平台,利用数字微镜器件调幅预置生成不同均值和标准差的准高斯随机测量矩阵,从实验角度分析了不同均值和标准差的准高斯随机测量矩阵以及目标稀疏度对基于稀疏限制的鬼成像(GISC)图像重建质量的影响。数值模拟和实验结果均表明:随着均值u的减小或者标准差σ的增大(即准高斯随机测量矩阵A的调幅大小δ=σ/u的增大),基于稀疏限制的鬼成像图像重建质量的失真度正比于准高斯随机测量矩阵的调幅大小δ-1/2,同时基于稀疏限制的鬼成像的图像重建质量的失真度与目标的稀疏度β成线性关系。
将数字微镜器件(DMD)应用于压缩感知(CS)关联成像,在该成像方案中,只需用无空间分辨能力的桶探测器,并结合相应的算法就能得到物体的像;将此成像方案应用于多光谱成像,仅需用线列探测器就能得到物体多光谱像,简化了多光谱成像探测的光电记录过程。通过对关联成像和CS理论的介绍阐明了成像原理。在实验平台上搭建演示装置,分别用强度关联算法和CS算法计算得到物体像,通过比较表明CS算法提取信息的效率更高;且实验表明在透镜口径足够大时,成像系统的分辨率由DMD面元大小决定。在原成像装置上,对桶探测器接收的光强信号进行谱分辨测量,线列探测器记录各光谱信号,利用CS关联成像方法得到物体多光谱像。
相位差算法(PD)不仅应用于波前传感器还可以作为一种图像复原技术,在波前复原与高分辨力图像事后图像复原有很大的潜力;但是,由于相位差算法的计算量大导致了在PC平台上很难实现实时处理。以CPU与GPU之间较少的数据交互为原则,本文首先对PD计算过程进行了分析,然后在多GPU平台上,对PD算法进行任务划分及优化。实验结果表明,在相差PV=2λ条件下对于256 pixels×256 pixels大小图像,经过50次迭代单GPU和双GPU分别耗时53 ms和45 ms。
在光电成像系统中,二次成像对正常图像影响较大,轻者降低系统灵敏度,重者产生虚假信号, 影响观察。因此消除或降低二次成像对光电成像系统的影响,就成为光学设计的一个重要环节,使用光学设计软件CODEV可以对光学系统的二次成像进行分析和控制,确保光学系统本身的二次成像影响降到最低,满足系统使用要求。 
根据衍射光学元件具有大的负向色散特性,将衍射光学元件应用于红外双视场光学系统中,根据傅里叶光学分析衍射光学元件(DOE)的消色差,列表对比折射透镜与衍射光学透镜的特性,并给出变倍比为4∶1可用作非制冷红外热像仪的光学系统的具体设计实例。系统采用切入式变焦方式,在短焦时切入2片透镜实现宽视场,通过引入二元面和非球面提高了成像质量。设计结果表明:在空间频率11 lp/mm处,短焦距40 mm时,各个视场的MTF值均大于0.6;长焦距160 mm时,各个视场的MTF值均大于0.7,宽视场和窄视场都具有较好的成像质量。
空间变化PSF(Space-variant Point Spread Function,SVPSF)图像,即物空间各点的退化随位置的改变而改变的图像,由于其复原技术涉及到多个甚至海量PSF的提取、存储和运算,相对于空间不变PSF(Space-Invariant Point Spread Function,SIPSF)图像复原要困难得多。目前处理此类图像的主要方法包括空间坐标转换法,等晕区分块复原法,以减少数据存储量,降低计算量,提高收敛速度为目标的直接复原法等。本文回顾了这一课题的研究历史,对目前的研究工作进行了分析和总结,介绍了本实验室提出的结合GRM(Gradient Ringing Metric)评价算法的总变分最小化图像分块复原法,并提出了未来工作关注重点的展望。
随着对成像分辨率的要求日益提高,成像所需采集的数据量不断增大,亟需发展一种具有更高图像信息获取效率的压缩成像方式。压缩感知信息理论的兴起使压缩成像研究得到了快速的发展。提出了一种基于空间随机相位调制的单次曝光压缩感知成像方案,通过压缩成像实验验证了该成像方案在原理上的可行性。理论分析并实验验证了系统的空间分辨能力、信噪比随系统参数变化的相互制约关系。
灵巧干扰以其干扰功率的节省和干扰效果的优势而成为近年来国内外研究的热点。在分析灵巧干扰平台功能后,介绍一种基于FPGA和DSP的灵巧干扰硬件平台设计,FPGA和DSP通过EMIF总线共享外部RAM,协同实现对信号的高速处理,设计并用Verilog语言编写硬件平台控制软件。实验证明,该设计在软件控制下平台能够正确工作,且满足灵巧干扰平台功能的要求。
为了提高柔性关节机械臂的头部碰撞安全性,提出基于机械臂安全指数和梯度投影法的柔性关节机械臂构型优化方法,并给出安全碰撞方向和安全构型的确定方法.首先建立柔性关节机械臂的头部碰撞等效模型,模型充分考虑了机械臂关节柔性的影响.然后分别给出固定构型下安全碰撞方向的确定方法和固定碰撞方向下安全构型的确定方法.基于机械臂安全指数,采用梯度投影算法实现了冗余柔性关节机械臂连续路径的构型优化.最后,建立闭环仿真系统,分别通过平面3自由度机械臂和空间7自由度机械臂验证了采用梯度投影法降低机械臂安全指数的有效性.2种仿真结果显示,优化后的机械臂安全指数分别降低了83.86%和26.42%.
基于光场的两平行平面表示方法,针对光场相机两参考平面间的共轴空间距离变换、离轴空间距离变换、轴旋转和沿轴旋转以及透镜作用等对光线描述方式的影响,给出了相应的光场矩阵变换方程,并利用这些方程,建立了光场相机的成像模型、采样模型及辐射传输模型.从光场共轴空间距离变换的观点出发推导出可实现不同点清晰成像的数字重聚焦公式.利用所建立的模型,计算机仿真生成了目标景物,并用所建立模型对生成景物进行了数字重聚焦,验证了数字重聚焦后的图像与直接聚焦图像的一致性.
针对图像配准与拼接中存在的特征点误匹配问题,提出了基于向量相似度的特征匹配准则.首先在尺度空间检测SIFT(Scale Invariant Feature Transformation)特征点,生成包含特征点信息的SIFT向量.采用向量相似度方法进行特征点匹配,并通过互映射原理进一步筛选,删除误匹配点对.然后用随机抽样一致性算法计算初始投影变换矩阵,并用Levenberg-Marquardt(L-M)算法对矩阵求精.最后通过图像融合实现了图像拼接.实验结果表明该准则提高了特征点匹配精度,能处理存在投影变换的图像配准与拼接.
传统的衍射光学元件(DOE)设计方法只适用于单个波长,但在全息投影显示、彩色图像生成等领域中往往需要多个DOE,系统较为复杂,很大地限制其应用范围。提出了一种新的DOE设计方法,利用该方法设计所得的单个DOE可以在多个波长的入射光下实现特定光场的输出。针对每个输入波长分别设计对应的DOE,以最长波长的DOE高度作为初始高度,结合加工工艺限制对该高度进行优化,使得每个入射波长对应的单波长DOE高度分布和多波长DOE高度分布之间的等效误差总和最小。利用该方法设计了用于彩色图像生成的DOE,分析了相关参数的取值范围对衍射效率和均方根误差的影响,并在最佳取值范围内进行了相应的数值仿真,仿真结果证明了该方法的可行性。
计算光学成像技术是现代光学系统设计方法、图像传感技术和图像处理技术的综合性应用,能够在视觉信息的多维度、多尺度和分辨率上实现质的突破,进而观测到传统光学成像系统“看不清”、“看不全”和“看不到”的场景信息。针对低对比度、低分辨率、低照度的复杂光学特性场景,如何利用图像处理技术提升计算光学系统的成像质量已成为近些年的研究热点问题。为此,本文开展了偏振成像去雾增强处理、红外夜视图像超分辨率重建和水下弱小目标检测识别三方面研究工作,具体研究内容如下:(1)针对浓烈雾霾场景,为了增强图像对比度同时提升成像系统探测距离,提出了一种基于斯托克斯矢量模型的四相机共光轴实时偏振差分成像系统。将与入射光偏振方向夹角为0°、45°、90°、135°的检偏器集成在镜头内部,可实时获取四幅偏振分量图像。在偏振分量图像配准方面,提出一种偏振分量图像实时配准算法。首先,利用高精度四维标定平台对偏振分量图像重叠区域进行像元级标定,采用加速鲁棒特征检测子提取重叠区域的图像特征。然后,采用快速近似最近邻搜索算法获得初始的匹配点对,通过对匹配点对特征向量的欧式几何距离进行排序筛选并保留下较好的匹配点对。最后,基于渐进一致采样法对内点集合采样过程进行全局优化,实现更精准的空间变换参数估计。在偏振合成图像视频融合方面,提出一种基于“映射-合并”框架的视频融合方法,并采用双线性插值的限制对比度自适应直方图均衡算法对视频进行可视化增强处理。实验结果表明,该方法能够实时获取高对比度、高清晰度图像且不损失成像系统的空间分辨率。(2)针对夜间低照场景,为了提升红外成像系统的分辨率并去除噪声干扰,提出了一种基于微扫描成像超分辨率重建算法。首先,通过双线性插值的方法构造参考帧。接着,采用四参数仿射变换模型对序列图像运动参数进行估计。然后,提出一种基于边缘检测的点扩散函数算子进行凸集投影和灰度修正。最后,提出基于稀疏阈值的K-SVD字典学习算法对图像进行去噪声处理。实验结果表明,该方法能够较好地复原图像边缘细节信息并对噪声有一定的抑制作用。此外,提出了一种压缩编码成像超分辨率重建算法。首先,采用傅里叶变换对图像进行稀疏化表示。然后,提出了一种基于自适应非单调线搜索策略的全局优化梯度投影并行加速算法,完成稀疏信号的超分辨率重建。实验结果表明,该方法能够较少数据量高效地重建一幅的高分辨率图像并能够抑制图像噪声。(3)针对浑浊水下场景,为了提升浑浊介质条件下弱小目标检测识别精度,提出了一种基于蚁群优化和强化学习的图像边缘检测方法。首先,将强化学习思想整合到人工蚂蚁运动中,提出一种可变感知半径策略来计算每个像素转移概率,不同于与传统方法采用固定数量的领域像素来计算梯度。然后,引入双种群策略控制蚂蚁的运动方向,使搜索过程兼顾全局搜索和局部搜索能力。实验结果表明,该方法可以对水下弱小目标进行高精度的边缘检测。此外,提出一种基于深度编解码网络的水下图像目标检测识别方法。首先,通过反卷积操作对AlexNet卷积操作提取的图像特征进行细节补充,提出了一种基于AlexNet的深度编解码网络结构。然后,通过迁移学习解决了数据饥饿问题,基于仿射变换等操作对训练样本集进行了扩充。实验结果表明,该方法对于水下弱小目标能够表现出较高的识别精度。
现有红外与可见光图像融合规则仅依赖于图像对比度、方差、梯度等局部特征,缺少全局考虑,因此融合图像不能突出场景中的关键目标特征。针对以上问题,在基于非下采样轮廓波变换(NSCT)的图像融合框架下,提出利用图像全局视觉显著性来指导系数融合,对源图像中视觉显著的目标区域进行重点强调。实验结果分析表明,采用所提算法获得的融合图像中关键目标更加突出,背景比较真实;客观评价指标显示,采用该算法获得的融合图像明显优于传统方法的融合结果。
鉴于浅层人工神经网络（ANN）需要依靠先验知识进行人工提取特征,同时较浅的网络结构限制了神经网络学习复杂非线性关系的能力,将深度神经网络（DNN）应用于利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对多组分易挥发性有机物（VOCs）进行的浓度反演研究,并利用仿真实验验证了算法的有效性。从美国环境保护署（EPA）的数据库中选取了包括苯、甲苯、 1,3-丁二烯、乙苯、苯乙烯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯在内的八种VOCs气体在8～12μm波长范围内的吸光度谱,每种气体有四种不同浓度下的谱线,依据Beer-Lambert定律从每种VOCs气体中选择一种浓度下的吸光度谱进行混合,得到65 536种不同的VOCs混合气体吸光度谱样本。随机选择5 000组混合气体的吸光度谱,其中4 000组作为训练样本, 1 000组作为预测样本。通过积分提取和主成分提取对光谱矩阵进行降维预处理,将光谱维度从3 457维降到30维。将光谱矩阵经过预处理后得到的新矩阵作为网络输入,对应八种VOCs的浓度矩阵作为输出,建立了30-25-15-10-8的深度神经网络回归预测模型来实现多组分VOCs浓度反演,反演得到样本的均方根误差为0.002 7×10,相比于前人利用非线性偏最小二乘拟合、人工神经网络等方法拟合的精度有了明显的提高。每种VOCs气体的均方根误差均不超过0.005×10,每个样本的均方根误差均不超过0.006×10,证明了深度神经网络预测模型具有良好的非线性拟合能力和良好的稳定性。当训练样本不足（典型值:小于500）时,深度神经网络无法充分地学习,网络误差较大,精度低于单隐藏层的人工神经网络,但随着训练样本数量的增加,深度神经网络的精度不断提高,当训练样本数充足时,相比浅层的人工神经网络,深度神经网络具有更强的非线性关系学习能力,预测精度更高,模型更为稳定。同时,由于训练前对光谱矩阵进行了降维处理,大大降低了算法的复杂度,有效提高了反演效率。分析表明,深度神经网络预测模型具有良好的非线性拟合能力和良好的稳定性,无需人工提取特征就能够充分学习数据特征,同时对多组分VOCs进行浓度反演并达到较高精度。
目的观察角膜缝线诱导的大鼠角膜新生血管和新生淋巴管生成情况及贝伐单抗(bevacizumab)结膜下注射对其生成的抑制作用。方法将55只大鼠分为三组:对照组(3只大鼠6只眼,不缝线),生理盐水组(26只大鼠26只眼,角膜缝线后结膜下注射生理盐水0. 05 ml)及贝伐单抗组(26只大鼠26只眼,角膜缝线后结膜下注射贝伐单抗0. 05 ml)。分别于术后第4,7,10,14天测量术眼角膜新生血管面积,HE染色检测角膜炎症反应情况,免疫组化染色检测VEGF-C及CD31蛋白表达,电镜观察角膜新生血管及淋巴管形成情况。结果与生理盐水组相比,贝伐单抗组术后角膜新生血管面积明显较小(P<0. 05)。大鼠角膜缝线后VEGF-C及CD31蛋白表达的积分光密度值(intergral optical density,IOD),贝伐单抗组较生理盐水组降低(P <0. 01);大鼠角膜缝线后VEGF-C及CD31蛋白表达的IOD值在术后14 d时,贝伐单抗组与对照组相比,差异无统计学意义(P> 0. 05)。透射电镜下可见贝伐单抗组角膜新生血管及淋巴管出现较晚,淋巴管密度较低。结论贝伐单抗能够减少大鼠角膜缝线后早期新生血管及淋巴管形成,其抑制淋巴管形成的机制可能是阻断VEGF-C/VEGFR-3信号传导通路。
为准确获得光电设备中螺栓连接对系统结构动态响应特性的影响,研究了装配连接环节导致的非线性振动特性。采用单螺对栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行了研究和实验。利用接触有限元方法对低预紧扭矩下结构非线性振动特性进行了时域数值积分仿真分析,给出了不同激励量级周期受迫激励下的相轨迹曲线;结合快速傅里叶分析方法,指出此模型在低预紧扭矩下存在1/2频率激励下的谐振现象。基于激振器实验,给出了实验自由振动响应幅值和受迫振动响应幅值的变化,证实了仿真结果的准确性。数值仿真和激振器实验均表明:激励量级越大,螺栓连接引起的非线性振动中自由振动分量对结构动态响应的影响越大。该方法对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有指导意义。
为利用有限元法和面形检测结果反演出光学元件的面形,对面形检测结果进行分解,并对旋转平均法面形检测原理进行分析,讨论采用忽略光学元件自身面形的理想几何模型对其旋转非对称项面形误差进行有限元计算的理论可行性.在此基础上提出了基于有限元法反演光学元件面形的反演模型.以三点球支撑6inch平面镜为例,建立接触有限元模型计算旋转非对称项面形误差,对比了数值法和N步旋转平均法所获得的镜面旋转非对称项面形误差,结果显示,二者的旋转非对称项面形均方根值为分别为2.944nm和2.762nm,两种方法获得的面形相减结果分别为二者的6.31%和6.73%.最后对比了面形反演的面形结果与N步旋转平均法所获得的面形检测结果,结果显示,二者的面形均方根值分别为3.535nm和3.351nm,两种方法获得的面形相减结果分别为二者的11.67%和11.06%.证明提出的反演模型准确可靠.
针对红外图像特别是红外弱小目标图像的特点,提出了一种基于双平台的直方图均衡算法。在对统计直方图设置两个不同的平台阈值的基础上,对修改后的直方图进行均衡化处理,然后对得到的图像进行灰度间距上的均衡化处理。算法中的上限平台阈值对背景和噪声进行了适当抑制,下限平台阈值对小目标和细节进行了适当放大,从而克服了一般直方图均衡化在对红外图像增强时的缺点。相对单平台直方图的均衡算法,能够增强图像整体效果,同时较好地保持了图像细节。
根据全视场外差测量的相关理论,推导了频差偏差与仪器测量精度的相互关系.分析了频差大小、频差偏差、采集初始时间、初始相位、采样频率和采样周期数等相关参数对测量精度的影响.研究结果可以作为全视场外差测量设备设计、参数选取的理论依据;并给出了通过合理选择采样时间和采样帧数提高测量精度的一种方法.
面向微纳卫星高分辨率对地遥感,将超分辨率成像应用于中国整星60公斤级的CX-6(02)微纳卫星设计中,解决因体积和重量限制导致传统长焦距、大口径成像载荷无法应用于微纳卫星的问题。图像获取上,采用高帧频面阵CMOS探测器对同一地物目标多次曝光的方式,利用卫星姿态控制偏差和地速补偿来获得多帧具有亚像元位移的图像;超分辨率重建算法上,在变分贝叶斯框架下提出加权双向差分模型,提高先验概率模型的方向约束性,削弱观测方程求解的病态性。CX-6(02)星成像数据实验结果表明,本文的图像采样方法可获得较为充分的亚像元信息;相比传统的L1范数先验和全变分先验的变分贝叶斯超分辨算法重建结果,本文重建结果对反卷积运算导致的噪声放大具有更好的抑制作用,可获得两倍分辨率提升,有效提高数据质量和应用价值。
为了提高桁架拓扑优化设计中非凸区域生成基结构的效率和准确性,介绍了一种基于几何和网格信息生成初始基结构的方法。通过直接将已有几何边界作为碰撞检测的标准,避免对原有边界扩展或构建限制区域,简化了基结构生成过程并可以避免杆件识别不准确的问题;通过减少需要与凹边界碰撞检测的杆件个数来提升整体基结构的生成效率;最后,针对已生成的基结构进行基于塑性准则的桁架拓扑优化。
目的 :探讨利用前臂游离皮瓣修复口腔软组织缺损的临床应用效果。方法 :对 35例舌癌、11例颊癌术后缺损即刻采用前臂区游离皮瓣进行修复 ,对术后并发皮瓣坏死、血管危象、术后感染等进行分析 ,对取皮瓣侧手的功能、感觉和握力进行手术前后的观察比较 ;同时对修复后颊、舌外形、活动度等进行评价。结果 :4 6例前臂游离皮瓣移植 ,发生血管危象 4例(8.70 % ) ,其中 1例坏死 (2 .17% ) ,成活率达 97.83% ,术后感染 5例 (10 .87% ) ;手感觉异常和握力下降分别有 3例 (各6 .5 2 % ) ;舌外形、活动度及颊部皮瓣色泽均满意。结论 :前臂游离皮瓣质地优良 ,制备方便 ,成活率高 ,远期效果好 ,供区后遗症少 ,是一种理想的口腔软组织缺损修复的皮瓣。
啁啾调幅激光关联成像是一种将关联成像原理与脉冲压缩方法相结合的新型成像方法,能够获取目标的方位、灰度、距离和速度信息,并且可以有效抑制背景噪声对成像质量的影响。目前初步建立了啁啾调幅激光关联成像理论模型和仿真验证,然而并未涉及光源调制性能对成像质量的影响。为此理论推导并数值分析了背景光存在条件下,光源调制性能对非相干外差探测啁啾调幅关联成像质量的影响。并且得到了起始调制深度、调制深度衰减系数、频率改变率,以及光电探测器带宽等参数与探测信噪比及成像质量的关系,该工作对啁啾调幅激光关联成像雷达系统的设计和性能评估具有指导意义。
为了复原雾天退化图像,提出了一种自适应暗原色的单幅图像去雾算法.针对暗原色先验理论在估计图像透射率时不够准确、容易引起Halo效应的问题,采用自适应暗原色概念,即在暗原色的获取过程中引入自适应阈值,减小景深变化对暗原色获取的影响,进而正确求取透射率.此过程不需导向滤波的细化,也就避免了导向滤波引起的效率低和去雾不彻底的问题.主观及客观两方面将本文去雾算法与现有算法进行对比,结果表明,本文算法能够有效消除Halo效应,获得高对比度、高色彩饱和度以及丰富细节信息的去雾结果,同时也提高了图像去雾效率.
与红外连续变焦光学系统相比,红外两档变焦光学系统具有结构简单、装调容易、透射比高等优点。研究了红外两档变焦光学系统的设计方法并给出了具体设计实例,该系统采用轴向移动式变焦方式,设计结果表明,在-20℃～40℃的温度范围内,空间频率14 lp/mm处,宽视场和窄视场都具有良好的成像质量。
为了提高变形镜生成的贝塞尔光束的质量,探究其影响因素,研究了变形镜致动器环数以及光束入射角对贝塞尔光束质量的影响。当致动器环数从3环增大到5环时,变形镜重构的10μm幅值锥形相位的残差方均根从70 nm降低到26 nm,降低了变形镜圆顶角对光束质量的影响,所生成的贝塞尔光束轴向光强分布更接近理想分布,证明提高变形镜致动器环数可有效提高贝塞尔光束的质量。另外,采用入射角分别为15°、30°、45°的光束生成贝塞尔光束,实验结果表明,所生成的贝塞尔光束质量均较高,且不受光束入射角影响。本研究可为变形镜生成高质量贝塞尔光束提供参考,有利于其应用。
光纤作为一种很理想的光波导,基于它的器件与其它波导器件相比,具有损耗低、体积小、抗电磁干扰、价格相对低廉等特点。在所有光纤器件中,光纤光栅因其具有的对光波的独特调控特性,在光纤传感、光纤通信以及光学计算等研究领域有着越来越多的用途。光纤光栅按周期大小分为布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG),相对于LPG,FBG对周围环境容忍度更高,更适用于实际的应用场合。FBG按照工作方式,可以分为反射式FBG和透射式FBG。相对于反射式FBG,透射式FBG工作时不需要额外的光环形器或耦合器。本论文围绕新型FBG的设计和应用展开,通过设计和应用多种新型透射式FBG实现光学计算和光脉冲整形等全光信号处理功能。论文主要内容包括:1)从理论上详细分析了逆向设计合成FBG的各种算法,主要包括映射算法、剥层算法和优化算法。映射算法主要包括空间时间映射法和空间频率时间映射法,其中空间时间映射算法只适用于弱反射FBG;空间频率时间映射法适用于弱到中强度反射FBG。剥层法包括离散剥层算法和连续剥层算法,其中离散剥层算法运算快故较为常用。优化算法主要包括遗传算法、牛顿算法与拟牛顿算法和信赖域算法等,其中遗传算法是一种进化算法,具有全局优化特性,但收敛速度慢,而牛顿算法、拟牛顿算法和信赖域算法均为迭代算法,具有局部优化特性,但收敛速度快。2)首次采用透射式FBG实现了THz带宽的分数阶光学微分器。由于分数阶的光学微分器是最小相位函数,其反射谱相位可以根据需要任意选择。作为例子,首先针对0.5阶的分数阶光学微分器进行设计且分别选取了反射谱的相位为线性函数、二次函数、三次函数和四次函数。结果表明,当相位的函数次数增加时,得到的FBG的耦合系数的最大值增加,而耦合系数的空间分辨率减小。故当反射谱相位选取二次函数时,得到FBG的耦合系数和周期更容易制作。接着将反射谱相位选取为二次函数,又设计了0.3阶、0.7阶和0.9阶分数阶的光学微分器。结果表明,随着微分阶数的增加,耦合系数的最大值增加,但是振荡减小。3)首次采用相位调制的布拉格光纤光栅(PM-FBG)实现了任意阶光学微分器的设计。其中,利用两步优化算法进行设计,包括非限制优化算法和限制优化算法。具体地来说,首先利用第一步非限制优化算法得到了一个较优的结果,然后用其作为第二步限制优化算法的输入,最终得到更优的结果。此算法对最开始输入值没有太多的约束,且比一步优化算法得到的值更加精确。作为例子,仿真设计了三种光学微分器,即0.5阶、1阶和2阶光学微分器。数值模拟证明所设计的三种光学微分器在带宽高达500 GHz时微分效果依然很准确。4)理论上提出并仿真验证了一个物理上可实现的相移FBG可以同时实现一阶光学微分和一阶光学积分。此FBG工作在反射方式时可作为光学微分器,工作在透射方式时可作为光学积分器。我们给出了这种相移FBG需要满足的条件,并进行了数值模拟计算。仿真结果表明,所设计的相移FBG可以很好地实现微分和积分功能。5)采用透射式的PM-FBG设计实现了任意阶的光学希尔伯特变换器。作为例子,我们数值设计仿真了0.5阶、1阶和1.5阶光学希尔伯特变换器,并利用拟牛顿法的优化算法设计了这些PM-FBG。仿真结果表明,所设计的三个希尔伯特变换器在带宽500GHz范围内都能很准确实现变换运算。6)提出利用透射式的PM-FBG实现脉冲倍频产生器,包括2倍频、3倍频、4倍频和8倍频脉冲产生器,并进行了数值模拟。当输入一个高斯脉冲时,分别得到了重复周期为10 ps的2个、3个、4个和8个高斯脉冲输出。仿真结果表明,所设计的PM-FBG很好地实现了脉冲倍频功能。7)介绍了基于紫外激光直写技术的FBG制作平台,该平台是利用相位掩模板和声光调制器来实现任意结构FBG的制作。在此平台上分别制作了仿真得到一阶光学微分器和2倍频脉冲产生器,制作的光栅的实际测量的透射谱响应与仿真结果基本一致。最后将2倍频脉冲产生器应用在从归零码开关键控(RZ-OOK)到非归零码开关键控(NRZ-OOK)的码型转换,并进行了实验验证。实验结果表明,所设计的器件很好地完成了码型转换。
散射在光的成像过程中无法避免,传统的光学成像技术很难解决散射引起的光波前畸变及图像失真等问题。近年来,大量的研究成果表明充分利用散射效应的成像技术可以实现透过散射介质或复杂介质成像,且具有超分辨的特性。本文在介绍散射成像基本原理的基础上,重点介绍了透过散射介质成像方法以及相关技术的研究进展,分析了散射成像尚存在的问题,最后对散射成像未来的研究方向进行了展望。
离焦像差是影响CFRP平面反射镜的面型精度的主要像差之一。采用T700碳纤维复合材料预浸料,在合理的铺层方案和制备工艺基础上,选用浮法玻璃、硼硅酸盐玻璃和微晶玻璃等三种材质为模具,通过仿真和实验研究了模具材质不同引起成型CFRP平面反射镜面形像差中的离焦像差。其中,浮法玻璃模具、硼硅酸盐玻璃模具和微晶玻璃模具引起的CFRP平面反射镜的离焦像差分别为0.023λ、0.008λ、0.003λ(波长λ=10.6μm)。分别从定性和定量的角度得出了:模具材质热膨胀系数与CFRP复合材料热膨胀系数越相近离焦像差越小,离焦像差与模具热膨胀系数的关系为P=(2225.9x+0.0007)λ。为制备应用于长波红外波段CFRP平面反射镜的模具选取提供了参考数据。
超声速压缩拐角流动是研究激波-边界层干扰问题的经典流动模型,其湍流流场的时空多尺度特性给流场中的光传输问题研究带来了很大的挑战。有别于传统气动光学的求解方法,本文基于Rytov近似,采用广义卷积-快速Fourier变换(GCV-FFT方法),直接求解非均匀介质中的Helmholtz方程,获得了不同区域激光光束的散射场和衍射场的复振幅分布。进一步给出了包括光强、光程差、斯特列尔比、相对光强、光束质心位置和有效光束宽度等气动光学参量。通过比较分析,可以看出,激光光束在湍流场区域内传输,光强度分布逐渐出现起伏和偏离。穿过流场区域后,由于衍射的作用,光束产生了较大幅度的扭曲、偏离和破碎。压缩拐角区的流场对光束质量的影响明显大于充分发展湍流区。从相对光强的分布形态来看,光束的破碎现象似乎与流场的小尺度相干结构相关。采用传统的OPD均方差或加权均方差值估算获得的斯特列尔比的误差较大,更为准确的方法还是应该通过计算PSF的方法来进行评估。
针对大视场目标探测提出了一种基于人工复眼大视场定位方法.通过分析子眼视场角与总视场角之间的关系,并结合多目视觉定位对子眼排布方式的要求,研究了包含多个子眼的人工复眼结构设计方法.通过分析子眼图像与三维空间映射关系,对二维图像进行裁剪并映射于三维立体空间,实现了二维子眼图像在三维空间的大视场拼接.利用子眼图像坐标、空间三维坐标及系统参数间的关系,建立了空间点多目定位数学模型,并编制目标定位算法.制备了包含19个子眼可实现120°大视场角的样机,通过张正友标定法获得系统参数,并进行目标定位实验.实验结果表明,使用设计的人工复眼大视场成像系统对5.35m处目标进行探测,定位误差为0.19%.
比较了微流体流量分配网络的两种设计方法-电学比拟法和流体拓扑优化方法,并对以出口流量为设计要求的微流体网络进行了流阻极小为目标的优化设计。对于电学比拟法,探讨了管道长度和弯曲度以及流体雷诺数等因素对设计结果的影响;对于流体拓扑优化法,阐述了优化模型以及实现的具体形式。从设计面积和误差等方面对电学比拟法和拓扑优化法的结果进行了分析比较。针对设计误差,对电学比拟法提出了一种基于参数优化的修正设计方法,结果显示这种方法可以有效消除电学比拟法的设计局限性,有利于进行高效的大规模高精度微流体网络设计。
介绍系统循环码的定义及矩阵描述,分析其码重分布特性,根据向量间距离的概率定义码重分布距离,推导随机序列的理论码重分布概率,提出实际序列码重分布概率的估计方法和利用实际序列的码重分布概率和随机序列的理论码重分布概率之间的距离估计码组长度和起始点的方法,在此基础上利用高斯消元法估计生成矩阵和校验矩阵,并提出了在误码情况下的识别方法。最后并对不同长度的码进行仿真实验,结果表明文中方法能够在误码为10-3的情况下有效地识别中短码。
目的:研究p38 MAPK信号通路在喹乙醇诱导的HepG2细胞凋亡中的作用。方法:分别用不同浓度(0、200、400、800μg/ml)的喹乙醇染毒HepG2细胞24 h和800μg/ml喹乙醇染毒HepG2细胞不同时间(0、0.5、1、2、4、6、12、24 h)后,采用Westernblot法检测细胞内磷酸化p38蛋白和p38总蛋白的表达情况,以p38 MAPK磷酸化水平反映p38 MAPK信号通路的活性。分别采用0、10、20μmol/L的p38 MAPK特异性抑制剂SB203580预处理HepG2细胞1 h后,再用800μg/ml喹乙醇染毒24 h,采用Annexin VFITC/PI法检测细胞凋亡。结果:随着喹乙醇染毒浓度和时间的增加,HepG2细胞的p38磷酸化蛋白表达量逐步增加,其中800μg/ml喹乙醇染毒细胞24 h的实验组与对照组相比,p38磷酸化蛋白的表达量明显上调(P&lt;0.01)。10、20μmol/L的SB203580对喹乙醇诱导细胞凋亡有促进作用,细胞的凋亡率分别为35.4%±2.83%、40.2%±3.98%,较喹乙醇对照组(23.1%±3.59%)明显升高(P&lt;0.05)。结论:喹乙醇能激活p38 MAPK信号通路,且p38 MAPK信号通路的激活参与抑制喹乙醇介导的HepG2细胞凋亡的过程。
提出一种基于混沌和计算全息的光学加密技术。利用确定性非线性系统的混沌序列构成随机相位列阵,对物光波进行调制编码,并采用修正离轴参考光的博奇编码法,制作计算全息图,作为加密图像。解密时,只要获得正确的混沌序列初始值,就可以得到随机相位列阵,结合正确的系统结构参数,就可以重建清晰的原始图像。与传统的随机相位加密相比,混沌序列初始值作为密钥,减少了密钥的数据量;数字化的加密图有利于信息的保存和传输。模拟实验验证了它的可行性和有效性,并分析了抗裁剪和噪声的鲁棒性。 
波前处理算法对自适应光学系统的工作效率有着重要的影响,是对波前像差进行复原和校正的前提,其中,区域法、模式法、直接斜率法作为自适应光学系统经典算法是当前国内外应用最为广泛的。本文在总结了以上三种算法的基础上,又介绍了两种改进式算法,快速迭代算法和Zernike模式快速算法,并对比分析了各种算法的优点和不足,对未来算法的改进方向做出展望。 
为克服传统门禁系统价格高、安全性低的缺点,设计了一种基于STC89C52单片机的指纹密码锁系统,提出了三种解锁模式。硬件采用FPM10A光学指纹识别模块完成人体指纹录入、识别和清除等操作,结合电子密码单元实现双重开锁保护,并辅以液晶显示、按键输入、开锁控制和指示提醒等模块。软件包含各模块初始化配置和具体逻辑实现。测试结果表明:设计的指纹密码锁系统可以有效进行门禁控制,指纹识别率高,系统模块功耗低,明显提高了门禁系统的安全性和便捷性。
使用Zernike多项式表征镜面的变形,应用伴随变量法推导Zernike系数对拓扑优化设计变量的敏度,克服了差分法求解敏度时计算量大的问题,实现了基于Zernike系数直接建构具有成千上万设计变量的优化模型的目标函数以及设计约束.同时,在有限元数值离散的理论框架下,采用有限单元基函数以及单元数值积分的程序实现了结构变形以及Zernike系数的求解,简化了计算流程的同时还能保证计算精度.本文算法可以对目标函数或约束为线性组合的Zernike系数的一般结构拓扑优化模型进行优化,具有一定的泛用性.
构建了工业自动化生产设备表面缺陷检测框架,包括机械结构、照明设备、成像设备及处理算法、控制卡及软件集成模块,分析了框架各模块的作用和相互联系,面向生产线检测任务,建立系统化思维框架。以电路板表面缺陷检测应用为实例,开展了具体的缺陷检测实验,针对咖啡色电路板线路缺陷检测问题,利用局部阈值增强的二值化图像算法完成了缺陷区域检测,并实现了软件并行加速优化。实践结果表明,工程实践教学模式能够激发学生的学习兴趣,加深理论知识理解,提高动手实践能力,取得了良好的教学效果。
为了精确分析经纬仪主镜的面形均方根,对主镜支撑连接球绞的仿真方法进行研究.建立了主镜支撑系统的有限元模型,对比了刚性连接、约束节点自由度和接触边界条件三种球绞的仿真方法.采用接触边界条件方法仿真得到的主镜面形均方根值为16.37nm,应用干涉仪检测得到主镜在径向支撑状态下的面形均方根值为17.53nm,仿真结果与实验结果的偏差为6.62%.实验结果显示三种方法中,接触边界条件法能较准确地获得主镜面形均方根值,用此方法对主镜径向支撑结构进行了参数化分析,获得径向支撑位置、长度和宽度对主镜面形的影响规律,可以为主镜面形的精确分析及主镜支撑结构设计提供参考.
采用压片法对黑曲霉孢子2.5~15μm波段的反射光谱进行了测量。针对采集的光谱数据,利用Krames-Kronig(K-K)关系对黑曲霉孢子2.5~15μm波段的复折射率进行了计算。然后,根据Mie散射理论求出了2.5~15μm波段黑曲霉孢子质量消光系数,并对结果进行了分析和讨论。分析结果表明,在粒径r=1.2μm时,黑曲霉孢子在2.5~15μm波段的平均质量消光系数为0.68m2/g,随着粒径的增大,平均质量消光系数单调减小;与常见无机物相比,黑曲霉孢子在2.5~15μm波段具有较好的消光性能,而且在保证一定消光性能的情况下,黑曲霉孢子的粒径尺寸要求相对较宽。
[正文]儿童期分为几个不同的阶段,由于婴幼儿期父母参与小儿进食的行为较多,所以一般把婴幼儿期的进食行为称为喂养行为,之后的儿童各期以小儿自主进食为主,这便是通常意义上的进食行为。这两种行为与儿童营养状况、生长发育、认知、技能培养等密切相关[1]。建立健康的饮食行为能影响人一生的发展,本文将儿童期喂养行为与进食行为的研究综述如下。
基于光学传输矩阵实现透过散射介质进行聚焦和成像是近年来光学领域的研究热点。为了测量得到散射介质的光学传输矩阵,并利用光学传输矩阵研究散射介质的特殊性质,首先结合三步相移干涉法测量磨砂玻璃的光学传输矩阵,分析哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的特征值分布特点,然后基于笛卡尔基下的光学传输矩阵以及相位共轭的思想,实现透过散射介质的单点聚焦和多点聚焦,验证散射介质的聚焦点可控特性;研究相机处于不同位置时透过散射介质的聚焦性质,测量光学系统的焦深;基于聚焦点可控性质及光学系统焦深,验证系统中磨砂玻璃的类透镜性质。结果表明:三步相移干涉法测量散射介质光学传输矩阵的测量时间短,聚焦的增强因子较高;哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的实部和虚部的特征值分布均服从高斯分布,与理论结果比较符合,验证了三步相移干涉法对散射介质光学传输矩阵测量的正确性;所述系统的可聚焦焦深较长,且在焦深范围内均可实现单点聚焦和多点聚焦。
提出面向成像系统的光学和数字图像处理联合优化设计.根据泽尼克多项式模型分析了每种像差对成像清晰度的影响;在变分贝叶斯框架下,提出了基于加权双向差分先验模型的像差数字校正算法;将像差分为易于数字校正和不易于数字校正两类,建立基于像差选择性校正策略的光学-数字处理联合设计方法.采用联合设计方法设计了三镜片大像差光学系统,其奈奎斯特频率处的MTF值约为0.50,采用传统方法设计的六镜片光学系统MTF值约为0.53,两系统成像质量相当,本文方法可降低系统复杂度.
针对软体机器人由于刚度太低且是连续变形,故很难进行运动控制的问题,提出一种由形状记忆合金弹簧驱动的柔性机械臂。机械臂由3D打印制造而成,内部嵌入3个线性霍尔传感器,用于测量柔性臂弯曲运动。通过压缩补偿计算可以精确控制弯曲运动。实验结果表明,该柔性机械臂可以以较高精度进行三维运动。
提出了一种基于分层级各向异性滤波的图像景深渲染算法。基于光学薄透镜的景深成像模型,分析得到了更为准确的景深弥散圈光强分布模型。对于输入的深度图,构建了深度图金字塔,修复了其中的不连续区域,结合弥散斑分布模型,确定了场景中各点的模糊半径参数。根据深度信息对深度图进行分层渲染,每层的滤波核半径与弥散圈半径一致,最终采用分离式的各向异性高斯滤波快速得到渲染结果。与典型的景深渲染算法进行了对比,实验结果表明,所提出的算法具有较高的运行效率,图像渲染结果更接近真实景深效果。算法图像景深渲染视觉质量表现优异,具有较好的适用范围和算法稳定性。
本文基于孔径分割、视场分割与通道光谱技术,提出一种成像光谱偏振技术的新方案.本方案在单一面阵探测器上同时获取经过不同强度调制的两对正反相干涉图,四幅干涉图相加获取强度加倍的目标图像,正反相干涉图相减获取纯干涉条纹,纯干涉条纹相加减获取强度加倍的单通道干涉条纹,对单通道干涉条纹进行傅里叶变换获取目标的光谱与偏振信息.文中描述了方案的原理结构,推导出了干涉强度的表达式,并利用计算机仿真验证了方案的可行性.为新型成像光谱偏振仪的设计和工程化应用提供了一种新思路.
针对光栅型波前曲率传感器,提出一种基于最大类间方差法和质心法相结合的光斑自动定位提取算法,并进行了实验验证。使用最大类间方差法对原始光强分布图像进行二值化;根据质心坐标对二值化图像进行分割,得到两幅含有单个光斑的二值化图像;分别计算两幅图像的质心坐标,作为原始光强图像中的两个光斑中心,并在原始图像中进行光斑提取。搭建了基于离轴菲涅耳波带片的光栅型波前曲率传感器实验装置,采用上述方法自动提取光斑,采用拉普拉斯算子本征模式法进行波前复原,并与哈特曼波前传感器的测量结果进行了比较。研究结果表明该算法能够自动提取光栅型波前曲率传感器的光斑,定位误差小于4pixel。 
激光主动照明成像具有作用距离远、系统分辨率高、可在低照度背景等复杂环境下获取目标图像等优点,但探测图像会受散斑噪声干扰。把高斯滤波、均值滤波和自适应滤波方法分别应用到仿真实验中进行散斑噪声抑制,实验表明:与高斯滤波和均值滤波相比,自适应滤波能有效抑制图像噪声,保留图像的边缘和细节信息。利用自适应滤波方法对获取的单帧和多帧累加平均的激光主动探测图像进行散斑抑制实验,使用散斑对比度进行定量分析,结果表明多帧短曝光图像累加平均可有效抑制图像的散斑噪声,自适应滤波可进一步降低图像的散斑噪声. 
微纳光子结构中超强的光场局域给光和物质相互作用带来了新的研究机遇.通过设计光学模式,微纳结构中的光子和激子可以实现可逆或者不可逆的能量交换作用.本文综述了我们近年来在微纳结构,尤其是表面等离激元及其复合结构中光子和激子在强弱耦合区域的系列研究工作,如高效可调谐及方向性的单光子发射,利用电磁真空构造增强光子和激子的耦合等.这些工作为微纳尺度上光和物质作用提供了新的物理内容,在芯片上量子信息过程及可扩展的量子网络构建中有潜在应用. 
数字全息显微术克服了传统光学显微术无法直接提取样品相位信息的缺点,可以对活体细胞组织等相位型生物样品进行定量测量和有效观察。但在数字全息显微成像过程中,像场弯曲会对再现像相位分布的测量和观察产生影响。提出一种采用相位相减来校正数字全息再现像像场弯曲的方法。通过在样品加入前后两次拍摄全息图,并对数值重建像分别进行去包裹运算再令其相减,即可实现对像场弯曲的有效校正,对蝉翼和大蒜表皮细胞等相位型物体进行测量,并采用数值校正和相位相减两种方法对像场弯曲进行校正。与现有的数值校正方法相比,利用相位相减获得样品三维相位信息的方法更为简单、可靠,是校正像数字全息再现场弯曲的有效方法。
自适应光学（AO）系统校正像差是提高光学系统性能的有效技术手段。为了保证AO系统长时间安全、稳定地工作，需要对AO系统运行数据进行监测，识别系统失稳状态以提供决策建议。基于以上目的，建立了一套127单元AO系统失稳数据仿真平台，通过该平台仿真得到了4种闭环失稳异常。基于变形镜控制电压rms指标使用Kmeans聚类，K-NN分类和ARIMA预测三种机器学习方法进行识别检测。三种方法在不同类型异常数据中的检测结果有所不同，说明三种异常检测方法对系统失稳检测均有一定的效果和适用范围，在实际使用时，可以根据需要选择一种或综合多种方法结果进行检测。 
针对局部运动模糊图像复原的病态性和背景被破坏的问题,提出基于编码曝光和运动先验信息的局部模糊图像复原方法.分析编码曝光成像理论模型,建立最优码字选取的适应度函数准则.通过物像关系,获得运动目标的点扩散函数(PSF)像移尺度初步估计参数,作为运动先验信息.采用背景差分法进行目标提取,综合编码曝光运动模糊图像的叠加特性,实现对运动模糊目标区域的精确提取.结合先验信息,引入基于贝叶斯最大后验概率框架的student-t复原算法进行PSF精确估计和复原重建,快速迭代得到复原结果.搭建实验仿真系统,并开展针对实际运动目标的复原实验.实验结果表明,该方法能有效改善传统曝光中运动模糊复原的病态性问题,抑制复原过程中目标图像边缘振铃及背景噪声的放大效应,所复原图像具有更好的主客观评价结果.
为了研究采用星点法的小视场镜头畸变测量,选择星点像中心判读和星点选择两方面作为切入点。针对星点像中心判读,在对比了传统的质心算法的基础上,采用将最大类间方差算法与重心计算相结合的方法以提高星点定位的准确性。针对星点选择,为保证星点定位的稳定性以及畸变计算的精准度,用实验方法分析了星点大小的不同对于畸变测量中星点像定位稳定性的影响,选择整个视场内同一水平线下不同位置的y坐标值均方差为1/71像元的星点进行实验,通过实验测得了实际镜头的绝对畸变和相对畸变。结果表明,该方法测得的镜头畸变精度高,可达到航天级应用要求。
文章进行了某含柔性部件星载天线的展开锁定过程动力学仿真,将展开臂处理为柔性体,通过刚度等效获得了展开臂止动臂与锁定装置止动块之间的碰撞刚度。仿真结果显示,展开臂的瞬间锁定会在展开电机转轴处产生较大的冲击力矩,是展开机构设计时应该关注的重点。
液晶相位调制器的响应时间延迟是影响液晶自适应光学系统性能的一个主要因素,为了提高系统的响应速度,开发了一种快速响应的向列相液晶材料,并制成了反射式硅基液晶器件(LCOS).分析了该LCOS的相位调制特性及其对静态畸变波前和扰动波前的校正能力.首先,测量了LCOS的电光响应特性,得出其780 nm相位调制量的响应时间为2 ms.其次,测量了LCOS的相位调制特性,并对相位调制进行了线性化处理.再次,测量了用该LCOS搭建的液晶自适应光学系统的闭环和开环3 dB带宽,它们分别为16和18 Hz.最后,给出了开环液晶自适应光学系统校正大气湍流的数值模拟结果,结果表明.系统的Strehl比由校正前的0.025上升到了校正后的0.225.因此,该液晶自适应光学系统可以对Greenwood频率为30 Hz以下的大气湍流进行较良好的校正.
[正文] 一、引 言 托卡马克等离子体中的阿尔芬波加热实验研究自80年代初以来取得了许多有价值的实验结果。在阿尔芬波加热实验中,天线辐射阻抗的测量是十分重要的。天线辐射阻抗的变化不仅直接反映了阿尔芬波与等离子体之间的能量耦合情况,而且也反映了波在等离子体中传播过程的某些物理特性。例如,出现离散阿尔芬波(DAW模)或表面静电波(SEW模)便会使阻抗出现较大的峰值。因此,探索一种简便易行又能反映阻抗随放电时间变化的细微
基于相位共轭技术,提出了一种动态体全息衍射特性的实时测量方法.在光学系统设计中,通过调整使得物光和参考光较强,而与参考光共轭的再现光非常弱(约为参考光的1/1000),借助非常微弱的共轭再现光实现了动态体全息的非破坏性实时测量.三束光的强度和偏振态可通过1/4波片、偏振片和衰减片进行调节和组合,可记录光强调制型或偏振态调制型体全息.本方法适合于光致折射率变化和光致变色材料体全息的测量.
针对红外图像中的非均匀性噪声的去除问题,提出基于卡尔曼滤波的红外图像去噪及增强算法.在Bayes-ian-MAP框架下分析卡尔曼滤波器对去噪问题的适用性.由于成像电路内部温度上升和参数的细微变化,每个像元的固定模式噪声(FPN)在帧间缓慢变化.基于此点,建立暗帧的噪声模型.将卡尔曼滤波器作用于红外暗帧序列,估计出暗帧中每个像元的FPN水平.引入噪声影响因子(NIF)来评估FPN噪声对像元输出信号的影响.根据NIF自适应地选取每个像元的FPN噪声权重.实际带噪图像减去加权FPN噪声,即得到增强图像.将该算法应用于实拍红外图像,用平均灰度梯度(GMG)评估算法的性能.在目标区域,GMG下降了5.1%,说明算法在去噪的同时很好地保留了目标的边缘.而在平滑区域,GMG下降了85.5%.结果表明,该算法在去除非均匀性噪声,提高图像的对比度方面,取得较好的效果.
提出了一种基于光栅衍射原理的椭圆反射式波带片(ERZP)光线追迹算法,分析了ERZP的衍射聚焦和能谱分辨特性。基于该算法,将ERZP光线追迹模块添加到光学仿真软件X-LAB中,使之具有了计算量小、效率高等优点,这对含有ERZP光学系统的设计和数值模拟具有重要意义。 
分析了扫描式、推帚式两种机载激光三维成像技术的基本原理,对两种技术的总体特点进行了比较。列出了当前典型的机载激光三维成像系统参量,对较先进的ALTM-1210,SHOALS-1000T,ASLRIS以及中国的"863推帚式"四个系统的组成和参量做了具体介绍。展望了机载激光三维成像技术的应用前景及发展方向。
激光雷达主动成像有别于各类被动成像的一个显著优势就是可以直接生成目标的距离图像,与常规光学图像相比距离图像具有一些不同的统计特性,当距离图像中存在多目标时统计直方图具有明显的多峰结构特征.通过对距离图像统计直方图峰值的提取实现了对距离图像的目标提取,利用最小外接矩形拟合及目标距离数据获取了目标的实际尺寸、矩形拟合度等信息,并由此实现了对目标的分类.运用该方法处理实际的距离图像,达到了预期的目标.
水中过量的硝酸盐会造成部分水生生物难以存活、引发人类尤其是婴儿患病等危害,因此硝酸盐浓度成为水质检测中的一项重要指标。传统的硝酸盐浓度测量方法操作复杂、反应缓慢,近年许多研究人员开始通过紫外可见(UV-Vis)光谱技术结合人工神经网络(ANN)的方法对水中硝酸盐的含量进行测量。提出了一种将流形学习(manifold learning)方法中的局部线性嵌入(LLE)与反向传播神经网络(BPNN)相结合的建模方法,用以得到硝酸盐光谱曲线与浓度间的关系,实现对青岛市崂山区小麦岛海水中硝酸盐浓度快速准确的定量分析。实验选取了过滤后的小麦岛海水配置59组不同浓度的加标溶液,采用实验室自主研制的光谱分析仪采集这些样本的光谱测量值,通过标准正态变换(SNV)方法对测得硝酸盐溶液的光谱数据进行校正处理,有效降低了由仪器本身或环境带来的噪声影响;选取预处理后的光谱数据的前1 500维处理后进行对比实验,以解决使用BPNN对全部2 048维数据建模时内存不足的问题,再通过网格搜索结合十折交叉验证的方法优化LLE中的邻近点数k和嵌入维数d,得到最优参数值k=15,d=3,实现对实验数据的降维处理;通过BPNN将降维后的训练集光谱信息与其对应的浓度信息进行建模,实现对预测集硝酸盐浓度定量分析,引入决定系数(R~2)和预测均方根误差(RMSEP)评价建模效果,与直接使用BPNN建模预测的结果比较,改进方法的R~2由0.926 3提升至0.992 8, RMSEP由0.442 5下降到0.280 4,建模预测程序的运行时间由327 s缩短至0.5 s。采用这59组数据的全部2 048维进行LLE-BPNN建模时,得到R~2=0.995 7, RMSEP=0.136 5,在用时相近的前提下,相比仅使用前1 500维时的建模精度更好。分析结果表明, LLE-BPNN的方法可实现对海水中硝酸盐浓度的快速预测,使预测精度得到显著提升,同时能大幅降低预测时间。
利用合成的一种新型π共轭聚合物———聚吡咯甲烯为非线性介质 ,进行激光感应衍射实验 ,测量材料的非线性折射率。实验发现 ,当 5 2 6nm的基模高斯光束通过该聚合物的N 甲基 2 吡咯烷酮 (NMP)溶液时 ,在远场处产生了多个同心衍射圆环。该现象可以用高斯光束通过介质时产生的空间自相位调制解释。经过理论分析和数值计算 ,发现样品对光束横截面上产生的非线性相移非常近似于高斯分布。通过对非线性相移的高斯曲线拟合及衍射环个数的测量 ,可以估算出聚吡咯甲烯 /NMP溶液的非线性折射率n2 ～ - 1 85× 10 -3 esu。
综述了飞秒激光人工影响天气的相关研究结果。从飞秒激光成丝产生的光氧化副产物、热沉积效应、气溶胶形成和水凝结及沉降过程等4个方面展开,综述了飞秒激光在诱导水凝结及降水、人工引雷等领域的研究进展。提出了飞秒激光人工影响环境大气的初步物理图像,并综述了该技术未来应用于人工影响天气所面临的问题,探讨了可能的解决方案。 
红外对抗系统与技术经历了近半个多世纪的发展,先后出现了红外干扰机、红外诱饵及红外烟幕等几类红外干扰技术,并形成了一个庞大的红外干扰器材家族。近年来,随着红外成像寻的制导武器和技术的发展,常规的红外干扰手段对新型红外制导武器的干扰效果越来越不尽人意,人们逐渐提出了以高功率氙灯或激光作为红外能量源的定向红外对抗(DIRCM)概念。该系统具备优越的红外干扰性能,如通过干扰、致眩和毁伤等干扰红外成像导引头、多次重复使用、干扰效率高等,现已成为新一代红外对抗系统的优选方案。回顾了近年来国外新一代定向红外对抗系统和技术的研究发展历程,重点阐述了基于激光的定向红外对抗系统的工作原理、干扰毁伤机理、在技术上的优势及其国外发展现状,预测了定向红外对抗系统与技术的发展趋势。
采用图像处理技术对高山被孢霉（ Mortierella alpina）发酵过程中的不同形态进行分析，并对其产花生四烯酸（ ARA）能力进行了比较。研究发现：复合N源中蛋白胨与酵母粉比例是影响高山被孢霉宏观形态的重要因素，球形形态生长的菌体中ARA产量较分散，菌丝体中ARA产量高；在球形形态中，空心球的菌体生物量低，ARA比例低，蓬松球可以兼顾菌体高生物量、高油脂比例及高ARA比例。产ARA能力由生物量、油脂比例及油脂中ARA比例共同决定。结果表明：直径大约4 mm、成核区域面积大约为43?6％、紧密度为71?36的蓬松球形态，是高山被孢霉一种相对较佳的发酵形态，其菌体产ARA能力分别是空心球和分散丝状菌体产ARA能力的2?01和2?70倍。
嫦娥二号月球卫星从2010年10月1日发射至今,已在轨运行近2年,除全部完成预定的工程与科学目标外,还完成了若干扩展科学试验。CCD立体相机获得了月球虹湾地区的35轨空间分辨率约为1.3m的局域立体图像,以及7m空间分辨率、100%覆盖的全月立体图像,是迄今为止国际上分辨率最高、最清晰的全月立体图像。文章在简要介绍在轨图像获取情况的基础上,对15km/100km椭圆轨道及100km圆轨道上获取的图像进行了分析,重点讨论了拍摄时的太阳高度角对图像视觉效果以及图像信息量的影响,可为中国今后探测其他星球提供一定的参考。
为了研究不同物理厚度和不同波段下云的红外辐射特性,提出了基于光学厚度的云红外辐射计算方法。综合考虑云的红外辐射的各个因素,建立了较为完善的云的红外辐射模型,引入光学厚度经验计算公式,并根据光学厚度针对中波和长波红外分别计算了云的发射率、反射率和透过率,进而得到云的红外辐射亮度分布。利用该计算方法,计算了中波和长波红外云的辐射亮度数值,计算结果表明:随着光学厚度增大,云的发射率和反射率增大,探测器接收到的云红外辐射增强。比较发现,该计算结果与实测数据有较好的一致性,该计算模型可以为云背景的红外特性分析、探测及仿真提供参考数据。 
CCD图像传感器广泛用于图像采集,受其内部结构和外部条件的影响,采集到的图像质量不能满足人们的需求,通过硬件改进提高图像质量面临经济与技术两方面的难题。为此本文利用多幅微位移图像间的冗余信息重建出高分辨率图像,既低成本又易实现。针对CCD与目标物间有相对微位移来获取序列低分辨率图像的情况,采用一种解线性方程组的方法对采集到的4幅微位移图像进行重建,并对这种算法进行优化。实验结果图可清晰地看到重建图像可分辨更多线对,高频信息量增加,算法具有较好的效果。
对光学影像测量仪的光学成像误差,特别对摄像镜头的畸变误差进行了研究。运用标准模版标定法,计算出镜头成像的各项畸变参数,分析了畸变误差大小及其分布状况。应用畸变参数对测量结果进行校正,结果表明,径向畸变较大,切向畸变和薄棱镜畸变较小,且图像中心区域畸变很小,边缘畸变增大。在精密测量中需要考虑到畸变的影响,并对所测得的图像坐标进行修正。 
针对锥形腔高能激光计后向散射能量损失补偿问题,系统分析了均匀分布激光入射强漫反射面情况下的锥形吸收腔的后向散射问题,进而针对不同高能量激光的输出光斑形状,建立了锥形吸收腔开口处光功率密度分布和后向散射总功率的数学模型,在此基础上对测量结果进行了补偿和修正,有效改善了高能量激光能量测量准确度.
为验证空间站柔性机械臂系统在有初始位置、姿态误差的情况下能否成功完成辅助舱段对接任务,文章建立了空间站柔性机械臂辅助舱段对接动力学模型,模型考虑了对接机构的接触碰撞,依据关节精细动力学模型、力矩控制方法和阻抗控制程序进行了空间柔性机械臂辅助舱段对接过程仿真。仿真结果表明,当关节输出端位置测量精度为17位时,依靠阻抗控制的方法,空间柔性机械臂在主动舱存在最大位置误差150mm,最大姿态误差2.5°的情况下仍能完成对接;对接成功后,空间柔性机械臂系统控制力迅速下降,仍然能较好地保持构型,不会影响对接舱段的安全。
[正文] 正值“八五”计划伊始,欣逢《山东农业科学》创刊一百期。借此机会,谨向辛勤耕耘在《山东农业科学》的作者、编者,热情支持《山东农业科学》的各级领导、广大读者,致以热烈祝贺和衷心感谢! 《山东农业科学》是山东农学会、山东省农业科学院、山东农业大学共同主办的综合性农业
针对影响激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析精度的自吸收效应,发展了新型的光学薄激光诱导击穿光谱(OT-LIBS)技术,通过匹配等离子体光谱中元素双线强度比与理论值来设置曝光延时,从而直接由实验装置获得无自吸收的元素发射谱线,不仅避免了建模校正的误差,且未额外增加设备.通过对比Boltzmann平面的线性相关度以及自吸收(SA)系数,验证了OT-LIBS能够诱导产生光学薄等离子体.与传统的自吸收效应校正方法相比,OT-LIBS所获Boltzmann平面的线性相关度达到0.99,而且SA系数达到最大值,证明自吸收效应最小.单变量定标的定量分析结果表明,相比于传统LIBS,OT-LIBS将Al元素定标线的线性相关度由0.86提高至0.98,平均绝对测量误差由1.2%降低至0.13%,检测精度提高了一个量级.探讨了OT-LIBS的边界条件、适用性和局限性,该技术对Al元素含量和脉冲激光能量的限定范围分别为0–20.8%和大于16.9?mJ,对Al元素含量和脉冲激光能量的可适用范围分别为0–15.9%和大于33.1?mJ.本技术有助于进一步推动LIBS的工业化应用步伐. 
针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式,采用单螺栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备,结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下,第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小,结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励,系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下,非线性项中二次项对结构响应起主要作用;在较高预紧下,非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。
随着人们对图像清晰度的要求越来越高,通过增加透镜数量来提高光学系统成像性能的方法使得镜头和系统的设计变得越来越复杂。特别是对于受到工作环境和工作性质要求的多光轴复杂光学系统,如果依旧通过增加光学系统结构的复杂性来提高成像的质量,必将对系统的可靠性、抗震性提出严峻的挑战。因此,本文结合数字图像处理技术,采用图像复原的方法修复由于像差造成的图像模糊,从而简化光学系统的结构。由于实际光学系统点扩散函数的空间变化特性,基于空间不变点扩散函数的图像复原已不满足实际图像复原系统的要求。因此,本文采用空间变化的点扩散函数对图像进行复原。空间变化的点扩散函数可通过光学软件CODEV仿真和光学函数测量仪间接测量这两种方法获取。真实图像的统计数据表明,超拉普拉斯模型能够比较准确地拟合呈现重尾特性的边缘分布,从而使得复原的结果更加接近原始清晰的图像。本文利用Matlab仿真验证了超拉普拉斯先验非盲去卷积算法复原图像的有效性,并采用两种图像质量评估指标PSNR和SSIM客观评价了三个正则化参数α、β、λ变化时对复原结果的影响。根据实验结果,三个参数α、β、λ分别选择0.6、600、3000作为DSP实现算法时的初始化值。本文算法最终在FPGA+DSP的硬件平台上实现,FPGA完成图像的预处理,DSP则完成模糊图像的复原。DSP复原图像时使用的空间变化的点扩散函数是通过实验测量的方法获得的。图像复原实验搭建了以计算光学成像系统为核心的测试平台,实验结果表明该系统对受单透镜像差影响的模糊图像有较好的复原效果,其像质得到提升,实现了光学成像系统的轻便小型化。
利用高精度转台、单轴速率位置转台控制单元、双坐标自准值仪、平行光管、高亮度LED光源及星点板构建地面试验室测量系统进行测量空间CCD相机的测角精度。在数据与图像处理过程中,使用了暗电流定标去噪和将二维图像转换为一维的目标星点粗定位的预处理方法,并提出适用于本实验的星点细分定位算法。通过实际测量实验,测得的测角精度不高于0.2″,证明了该地面测量方法的有效性和合理性。
提出一种精确、稳健的主动光场深度成像方法。利用结构光照明为场景提供编码信息,光场成像同时记录光线的方向信息和受深度调制的相位信息,相位编码信息可为构建光场深度线索提供强度不敏感的匹配特征,进而精确计算场景深度。实验结果表明,相比于被动方法,所提的主动方法能够获得更高质量的深度效果,实现精确、稳健的光场深度计算。 
特定频带激励下结构动态刚度的提升对于高精度光学设备的测量精度有着重要的意义。传统的静刚度极大和谐振频率拓扑优化方法无法胜任设备在工况下的结构优化工作。本文在单频谐激励动态柔度极小优化的基础上,提出了静载柔度与频带激励下多目标加权动态柔度最小化结构拓扑优化模型。利用此方法对光电跟踪设备的找准架模型进行动态柔度极小拓扑最优设计。在综合考虑伺服动载及静载荷等工况下,利用此方法进行拓扑优化设计的结果使得结构在特定点的响应幅值量级减小,共振频率远离伺服频段。此方法也可间接进行多个特征值极大化设计。
为了提高激光大气回波处理的时效性,采用了经验模式分解方法,分析了经验模式分解的原理,研究了经验模式分解在激光雷达大气回波信号实时处理中的应用。进行了理论分析与仿真验证,取得了经验模式分解和100次信号平均处理后的结果,并进行了比较。结果表明,经验模式分解处理后的重构信号与100次信号平均结果接近,相关系数为0.99,同时处理时间缩短为1%,可以满足某些情况下的实时处理要求,并且能够抑制回波中一些薄云的干扰。这一结果对激光雷达大气回波信号实时处理是有帮助的。
对光学观测中高精度的月球视位置计算方法及月球夹角计算问题进行了研究。首先给出月球夹角的定义及计算公式,然后提出了改进的高精度月球视位置计算方法,对章动、视差、大气折射的影响进行了分析,最后给出了实用的月球夹角计算算法。利用实际测量的月球视位置数据对改进前后月球视位置计算方法的精度进行了验证,结果表明改进后算法的高度角平均误差从53. 46’降低到-1. 14’,方位角计算精度也有一定的提升,能够满足光学观测中月球光照影响分析的需求。利用月球夹角计算算法给出了特定时间特定地点的月球夹角仿真结果,证明了上述算法的实用性。
在相位编码量子密钥分发系统中,单光子干涉可视度决定了系统的成码率。本文提出一种优化单光子干涉可视度的方法,即利用遗传算法和四通道偏振控制器实时补偿单光子偏振漂移,同时利用时分复用参考光连续无复位地补偿单光子相位漂移,最终在25km光纤中实时优化的单光子干涉可视度达到98.6%,相位编码量子密钥分发系统成码率为2.2kbit/s。 
利用物理光学法计算了高功率微波在建筑物内的耦合场分布。根据建筑物墙壁和窗户的透射率可以得到墙壁内侧的透射场,将它代入到矢量衍射公式中直接计算出在整个建筑物内的透射场;根据建筑物地面的反射率得到地板表面的反射场,将它代入到矢量衍射公式中可计算出整个建筑物内的反射场;对透射场与反射场进行矢量相加,得到叠加场。将本文方法得到的场分布情况和时域有限差分法得到的场分布进行比较,二者结果一致。物理光学法的优点在于其物理图像清晰,计算量小,计算速度快,适合应用在大型建筑物内部耦合场分布计算上。 
目的:观察脑胶质瘤患者脑组织生存素(survivin)的表达及其反义寡核苷酸(survivin ASODN)对脑胶质瘤U251细胞生长和凋亡的影响。方法:RT-PCR法检测脑胶质瘤患者脑组织survivin mRNA表达,脂质体介导下,分别以100、300、500 nmol/Lsurvivin ASODN作用于脑胶质瘤U251细胞48 h后,观察细胞形态学,流式细胞术检测细胞凋亡。结果:脑胶质瘤患者脑组织有survivin mRNA表达,阳性率为76.7%。不同浓度survivin ASODN转染48 h后,细胞生长抑制率分别为(52.24±6.59)%、(36.14±4.01)%和(24.14±5.57)%,凋亡指数分别为(19.46±3.85)%、(38.6±1.85)%和(55.34±3.16)%,与对照组及不同浓度组间比较差异有统计学意义(P&lt;0.05~P&lt;0.01)。结论:脑胶质瘤患者脑组织有survivin mRNA表达,survivinASODN以剂量依赖方式抑制脑胶质瘤U251细胞生长,诱导细胞凋亡。
提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。
为了满足光电精密跟踪设备中光学系统对支撑结构变形位移相等的设计要求,基于变密度法,以刚度极大为目标,同时以体积约束和位移等式约束作为约束条件,构建结构拓扑优化模型。位移等式约束通过增广拉格朗日乘子法引入原目标函数,在拉格朗日乘子的求解中,采用考虑具有真实物理意义的近似替代法而非传统的纯数学迭代逼近方法。在利用伴随方法得到增广目标函数敏度基础上,采用MMA优化算法,在满足体积约束的同时进行迭代优化得到新结构。算例验证结果表明,本文方法能够有效解决具有多个位移等式约束的刚度极大结构轻量化设计问题。
为实现复杂结构空间目标光学特性的工程化计算,基于计算几何的面元网格化思想,提出了一种空间目标光学特性计算方法.建立了空间目标标准几何结构、面元网格划分、面元遮挡、面元照度计算的数学模型,设计开发了空间目标光学特性计算软件.针对不同的卫星目标,进行了光学特性的计算,并将计算结果分别与解析法计算结果和试验测量结果进行比较分析,结果表明面元网格化的计算精度优于解析方法,且与试验结果相比其计算偏差小于一个视星等,满足工程应用的要求. 
针对工业检测中对微米量级测量精度、秒级测量时间的检测需求,提出了全视场外差短相干形貌测量方案。本方案采用短相干光源,实现大步长测量,节约扫描时间;采用全视场外差技术,实现干涉轮廓的快速反演,在抑制振动、直流噪声对测量精度影响的同时,提高数据反演的效率。搭建了实验验证系统,对测量时间和测量精度进行了实验验证,结果表明,系统的探测时长小于10s,测量精度优于2μm。后续经进一步优化设计,探测时间可小于5s,探测精度优于微米量级。该方案具有测量速度较快和测量精度较高等优势,在对效率要求较高的工业检测领域具有一定的应用前景。
为得到与主观评价一致的衡量方法,结合视觉注意机制与边缘展宽衡量,提出一种显微图像清晰度评价指标.根据不同空间位置的像素灰度差距特征,计算视觉注意索引图来模拟人眼视觉系统观察景物的特性,从而赋予不同区域与像素不同的权重,通过分割实现对潜在对焦区域的提取.利用边缘展宽方法衡量这些区域,以水平与竖直方向的平均边缘展宽作为最后的清晰度指标.设计主观实验与客观实验,并与其他客观方法对比,结果表明该方法能有效克服现有方法的缺陷,解决显微图像清晰度评价中的关键问题,实现与主观评价一致的显微图像客观评价.
针对飞秒激光诱导电晕放电实验,提出了一种新的电极优化设计方案。理论分析了球形电极与传统锥形电极在飞秒激光诱导电晕放电中的不同,给出了飞秒光丝附近的空间电场分布,比较了两种情形下飞秒光丝尖端附近电晕放电的起晕电场阈值。对比了球形电极与锥形电极在飞秒激光诱导电晕放电中的实验现象。理论和实验结果表明,新设计的球形电极可显著提高飞秒光丝与外加电场的耦合效率,并可提高飞秒光丝诱导电晕放电的效率。 
在对合成孔径数字全息图通过分幅数值重建的过程中,数值重建平面中心的改变将会影响子全息图再现像的位置及相位分布,进而会对最终得到的合成数值再现像的质量产生不利影响。针对合成孔径数字无透镜傅里叶变换全息图,在理论分析的基础上,提出了相应的分幅再现算法。根据相应子全息图在合成孔径全息图平面上的位置,给各分幅数值再现像分别乘以相应的相位修正因子后再进行叠加,可得到准确的合成数值再现像。以采用线阵CCD推扫获得的大幅面数字无透镜傅里叶变换全息图为例,按照所述方法进行了分幅数值重建实验,获得了高质量的准确合成数值再现像。实验结果与理论分析一致。
为了提高最终图像的质量,结合传统的直接重构算法和相位重构算法,提出了一种基于迭代的傅里叶望远镜图像重构方法。对反演得到的傅里叶频谱进行逆傅里叶变换得到直接重构图像,取直接重构图像的阈值图像作为相位重构算法的初始输入,通过迭代能够获得质量更高的图像。成像仿真实验结果表明,成像信噪比为50倍时,与直接重构图像相比,迭代重构图像斯特列尔比从0.82提高到0.88,峰值信噪比从17dB提高到19dB;在成像信噪比为100倍时,迭代重构图像斯特列尔比从0.89提高到0.93,峰值信噪比从20dB提高到22dB。
为了研究脉宽及重频对Hg Cd Te探测器损伤阈值影响,采用有限元法对Hg Cd Te红外探测器进行2维建模,以及激光辐照探测器温度场的仿真,得到了波段内外脉宽从10ns~1000ns的单脉冲激光损伤阈值。由于采用实验测定所有脉宽激光损伤阈值的办法不现实,故通过仿真计算,给出了从ns~μs量级不同激光脉宽的单脉冲探测器损伤阈值公式。结果表明,波段外单脉冲损伤阈值为9MW/cm~2~0.9MW/cm~2,波段内为150MW/cm~2~15MW/cm~2,并且探测器单脉冲损伤阈值与激光脉冲宽度呈负指数关系;当采用重频激光辐照探测器时,在相同的重复频率下,因长脉冲激光比窄脉冲宽激的脉冲间隔小,故长脉冲激光辐照时更容易出现温度积累效应,从而出现大面积损伤。这为进一步研究探测器的热应力场热弹性波和激光防护等提供了重要的理论分析依据。
为实现红外焦平面阵列(IRFPA)盲元的自适应快速校正,本文设计了一种基于三梯度阈值检测的快速盲元校正方法。先通过优化L0范式的约束方程消除图中的非均匀条纹,排除干扰,再对水平、竖直和对角3个方向进行梯度阈值检测,找到盲元位置点,并与中值滤波结果进行点对点匹配,剔除误检测点,最后通过局部中值滤波完成盲元校正。依据盲元的缓变特性,通过合理更新盲元模板实现了单帧和序列图像的快速盲元校正。实验结果表明:相比于传统方法,本文方法的信噪比(SNR)和峰值信噪比(PSNR)提高了10~14dB,结构相似度指标(SSIM)提高了0.01~0.02,对图像中的随机和连续盲元的校正效果都很好,同时运算速度得到了大大提升,在保证图像质量指标的情况下速度提升了3~10倍,可以在到实际红外系统中实现动态检测和实时处理。
针对非均匀介质成像仿真速度较慢的问题,提出一种获取近似退化图像的快速仿真模型.按视场将图像分为若干子块,计算得到各子块中心位置的点扩散函数矩阵,建立与像素大小对应的成像退化矩阵.近似认为各子块内成像满足等晕条件,分块卷积快速得到各子块退化图像,并采用少量重叠的方法实现整个视场的无缝拼接,加入畸变信息得到最终的退化图像.建立仿真成像系统,做了多组对比实验,并对光追法得到的精确退化图像和该模型得到的近似退化图像进行相似度的比较.结果表明,在一定相似度的要求下,对于512×512像素的图像实现毫秒级的处理速度.
结构光三维测量技术具有快速、无损接触、重复性好等特点,被广泛应用在模具检测及工程制造中,但传统投影式结构具有离焦模糊的缺点。本文采用全视场外差干涉的原理,使用高精度声光移频外差干涉条纹代替传统光栅投影中的编码条纹,与传统工业相机结合使用便可获取快速的全视场三维数据。根据对系统参数的建模计算,设计加工了外差干涉三维测量仪,联合使用电动平台及棋盘格标定板来获取该系统的相位高度映射模型,最后对标准陶瓷台阶进行了测量。实验结果复现了原物体的三维形貌及高度信息,在30°的观测角下系统的高度分辨率为22μm,视场内的空间分辨率优于58μm,测量标准陶瓷平板,高度误差为75μm。该方法具有检测速度快、体积紧凑、抗环境干扰性强等特点。
光谱是一种可以表征物质特性的光学信息,利用光谱成像仪可以获取处于视场范围内的物质的光谱图像,成熟的光谱成像技术均需要通过多次采集才能够获取完整的光谱图像数据立方体,相应系统的时间分辨率比较低,不适用于动态目标的光谱获取。快照式光谱成像在动态目标光谱成像方面具有较大的优势,其中编码孔径快照光谱成像技术是一种将压缩感知计算方法融入到光谱成像过程和图谱重构过程中的光谱成像技术,在采样过程中完成数据压缩,具有高通量优势,可以利用单次曝光的混叠数据,重构出目标光谱数据立方体,实现快照式成像,使得对动态的目标进行监测成为可能。实现监测需要目标的信息满足稀疏性的假设,实际目标很难满足这样的条件,重构误差比较大,不利于对动态的小目标进行监测和识别。针对均匀背景中动态小目标的光谱数据获取,提出一种双色散通道的编码孔径光谱成像方法,系统由两个通道组成,每个通道均包含一个光谱仪,其色散方向互相垂直,并共用一个前置望远镜系统和编码孔径。该系统可以实时观测均匀背景区域中的动态小目标。由于两个通道的色散方向互相垂直,可以从背景中分离出小目标的位置和相对应的编码。假设目标出现在视场中前后,背景的辐射特性变化很小,利用目标出现前的数据计算出背景光谱;目标出现后,通过帧间差分运算,消除背景辐射的影响,提取出目标位置对应色散区域中数据,利用约束最小二乘算法,重构运动小目标的光谱数据立方体。进行光谱数据重构,进行背景光谱补偿后,获得完整的动态小目标光谱数据。文章对成像过程建立了数学模型,并对重构方法进行了仿真验证,结合编码孔径的统计特征,使目标随机出现在不同的位置,统计重构光谱的峰值信噪比概率分布,并调整目标尺寸,分析目标尺寸对重构精度的影响,最后与编码孔径成像系统的两步软阈值迭代算法重构结果进行了对比。结果表明,这种方法在均匀背景中,采用随机编码矩阵进行编码,目标尺寸小于5×5个像元时,相对于编码孔径成像系统,提高了目标的信息重构精度和概率,并且极大的减小了运算量,可以实现对运动目标的实时监测。
为了获得轴向支撑结构对经纬仪大口径主镜面形的影响规律,对主镜轴向支撑结构进行了结构拓扑优化设计及参数化分析。首先,采用接触边界条件方法建立了详细的主镜支撑系统有限元模型,对主镜初始支撑结构下的面形误差进行仿真分析,获得主镜初始支撑结构下光轴水平及光轴竖直状态下主镜的面形RMS值。然后,应用4D干涉仪对主镜径向支撑状态下的面形RMS进行了检测,有限元仿真得到的主镜面形RMS值与实验结果的偏差为13.2%,证明了仿真方法的准确性。最后,对主镜轴向支撑结构进行了结构拓扑优化,并根据拓扑优化结果建立新的主镜轴向支撑结构模型,对其重要尺寸进行了参数化分析。优化的主镜支撑结构的主镜面形误差明显优于初始结构:轴向支撑状态下主镜面形误差的RMS值由11.49 nm提升至8.38 nm。该研究可以为主镜支撑结构的设计提供重要参考。
在各类光学系统设计过程中,由于实验系统对于光学器件的透反射率要求不同,需要确定光学器件的透反射率。本文设计了一种对光学器件的透反射率进行精准测量及标定的系统,该系统通过对激光光源进行声光调制,使得激光输出功率的稳定度显著提高,避免了测量时光源不稳定带来的较大误差。实验结果表明,该系统能够稳定光源输出功率,稳定度维持在0.05%/h,甚至更高的水平,满足了光学器件透反射率测量的误差小,精度高等要求。
分析了传统统计分类方法在高光谱影像地物分类中的弊端,提出并详细讨论了基于端元的监督分类技术.利用端元监督分类技术对LASIS高光谱影像进行分类,同时应用IsoData非监督分类技术即自动迭代聚类对高光谱影像进行分类.分析比较了两种分类结果,表明基于端元的监督分类技术更能满足对地物识别分类的需要.
结合绝对节点坐标方法与自然坐标方法的绝对坐标方法不仅能精确表达刚柔耦合多体系统的动力学特性而且能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算。采用该方法研究了星载柔性机械臂在抓取漂浮目标过程中机械臂-星体-太阳翼的刚柔耦合动力学与控制问题。提出了一种间隙圆柱运动副的四点碰撞检测模型,引入一种能考虑碰撞能量耗散的连续接触模型实现了抓取过程的接触、碰撞模拟。提出了一种联合控制策略确保了抓取过程中星体姿态的稳定。该研究为实际工程应用提供一种新的星载柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制分析的建模与数值仿真方法。
针对现有三点式光笔测量系统采用透视三点(P3P)算法求解出现多解的问题,提出一种基于光场成像的三点式光笔多解排除算法。对光场相机中心子孔径进行高精度内参标定;通过光场相机采集图像,运用P3P算法获得提取的中心子孔径图像中两组光笔激光点的摄像机坐标;利用高斯成像公式计算两组解的深度值,将区域窗口光场重聚焦到两组深度平面。选取合适的清晰度评价方法对两幅图像的清晰度进行比较,获得最终的光笔位姿矩阵,解算笔尖的三维坐标。选用精密三坐标平移台移动距离作为比对基准,实验结果表明:本实验测量系统与三坐标平移台在X、Y、Z方向的最大位置差值分别为0.35,0.40,0.54mm,该结果与运用四点重投影选取正解的结果相同,证明了所提出的方法的有效性和准确性。 
太阳光栅光谱仪是研究太阳大气分层结构特性的重要仪器,其性能受到大气扰动及系统装配误差等引入的波前像差的限制,需要采用自适应光学进行校正。由于光栅光谱仪中的狭缝对波前像差的滤波作用,使得传统自适应光学无法直接用于光栅光谱仪中。研究了狭缝对自适应光学技术波前校正能力的影响,提出了一种基于狭缝滤波灵敏度的差别校正方法并进行了数值模拟仿真分析。数值仿真结果表明:自适应光学校正后,由像差引起的光谱分辨率衰减量总体上优于1%,从而说明了该校正方法能有效地抑制大气扰动和系统静态像差所引起的光谱展宽,从而提高了光谱分辨率。自适应光学校正后能够有效地提高能量利用率η,当狭缝宽度为3倍艾里斑直径时,η由校正前的约20%提高到了90%以上。 
激光在大气中传输时,由于强湍流或长传输距离的影响,畸变波前中出现由相位起点组成的不连续相位,现有波前复原算法不能有效复原不连续相位,使得自适应光学系统校正效果下降甚至失效.本文分析了最小二乘波前复原算法不能复原相位奇点的原因,提出了基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法,给出了复指数波前复原算法中迭代计算、降采样、插值计算的实现方式.研究了该方法对不连续相位和随机连续相位的复原能力,数值分析了采用复指数波前复原算法的自适应光学系统对大气湍流像差的校正效果.仿真结果表明,同等复原精度下,相比直接迭代过程,该方法所需浮点乘数目减少了近2个数量级,且随着夏克-哈特曼波前传感器子孔径数目增加,其在计算量上的优势更加明显. Rytov方差较大时,相比直接斜率法,自适应光学系统采用复指数波前复原算法后校正光束Strehl比提升1倍. 
宽视场高分辨率成像系统应用广泛,但传统单轴光学系统在探测器确定的情况下,其视场和分辨率之间的关系是矛盾的,一些创新性成像方式和成像手段能够有效解决这一问题,因此对该类成像系统的设计既有理论研究意义又有实际应用意义。本课题根据计算成像方法中的多尺度多孔径成像技术,首先对光学系统的比例法则进行了说明,并对传统光学系统和计算成像系统的比例法则进行了对比说明及分析,然后进行了两种光学系统的设计研究,设计结果突破了传统成像系统宽视场与高分辨率之间的成像限制,完成了兼具两者的光学系统设计。对红外共心多尺度多孔径光学计算成像系统结构的设计,在进行大量多尺度多孔径成像理论分析的基础上,将物镜设计为球透镜进行视场收集,优化得到的双材料球镜成像效果整体较好,但其截止频率相对较低。由球面排布的微透镜阵列对其中间像面进行二次成像,并对球镜剩余的像差进行校正。整体结构焦距20.13mm,工作于长波红外波段,设计完成两种微相机阵列由不同数量组成、不同位置排列的设计结果,其中,由9个微相机结构按照正对齐排布的系统,视场为32°×32°,由25个微相机结构按照正三角位置排布的系统,视场为52°×52°,不同视场下的MTF曲线基本一致且接近衍射极限,最终设计结果满足设计要求。棱镜阵列多尺度多孔径成像系统利用棱镜对光线的偏折能力,能够增加正方向的视场角而减小负方向的视场角,实现对相机视场进行不同方向上的扩展,从而实现对全视场的整体扩展。相邻相机之间的视场存在一定的重叠,利用视场重叠区域的混频信息能够实现视场不同区域的分辨率不同,从中心到边缘区域分辨率存在变化,实现仿人眼成像的功能。整体结构由9个相机及对应的不同楔角组合消色差棱镜排列而成,镜头及探测器选用成型的工业相机,系统工作于可见光波段,能够实现140°×105°的视场,整体结构小于20cm×20cm×20cm,整体设计结果成像性能较好,不同视场下,在20lp/mm时MTF值均大于0.3。两种成像系统都以多尺度多孔径光学系统设计为基础,以图像处理为手段,能够实现兼具宽视场和高分辨率的图像获取,同时不受传感器尺寸和光学加工等限制因素影响,是实现宽视场高分辨率成像的有效方法。
为获得适用于不同模糊图像且简捷的图像盲复原方法,提出了一种稳健的从单幅模糊图像中求取模糊核并对图像去模糊的图像盲复原方法。根据模糊图像与非模糊图之间的边缘关系求模糊核,并在多尺度框架下针对各个子算法设定自适应参数,从而构建一个稳健的图像盲复原方法。对复原结果用4种无参考的图像质量评价方法的评价结果显示,本文方法在噪声和波纹抑制的基础上有更强的去模糊能力,参数调节简单,算法稳健,而且运算速度提高了3倍。
位相测量是现代光学测量中一项重要的关键技术 .本文对光学相移位相测量进行了详细理论分析和数值模拟计算 ,为其在光学测量中的实际应用奠定基础 . 
1960年第一台可运行激光器的发明,极大鼓舞了全世界进行高能激光器项目的研发。目前国内外研究中使用的激光器主要有光纤激光器、半导体泵浦固态激光器、自由电子激光器、液态激光器等。光纤激光器具有转换效率高、结构紧凑、光束质量高、热管理方便等优势,成为近年来首选的激光光源。由于非线性效应和热效应等,单根光纤在输出功率上存在极限,且在高功率下较难保证光束质量,若想得到更高输出功率水平,则需要对多束激光进行合成。基于自适应光学的阵列激光合束可以在提高输出功率时保证较高光束质量。同时,激光传输中采用光纤阵列光学系统,可以改善传统单体望远镜光学系统质量大、体积大、价格昂贵的问题。阵列激光合束系统关键技术主要集中在阵列激光合束相位、倾斜控制核心器件研制、控制算法等方面,尤其是光束的倾斜控制技术是近年来阵列激光合束中的研究热点,通过直接控制激光束在准直透镜焦面上的平移实现输出光束的偏转,目前国内外研究人员提出不同的倾斜控制方案,主要分为双压电片驱动和促动器直接驱动两种。本文围绕波前倾斜控制机构(光纤定位器),在放大倍率、动态范围、频率响应等方面开展相关理论分析和实验研究,验证锁相控制和倾斜补偿的优化算法,实现阵列合束的相位控制和倾斜控制。本文通过理论分析和数值模拟对阵列激光合束方法进行了研究,在此工作基础上,设计了基于柔性铰链放大机构的光纤定位器代替传统变形镜作为波前校正元件进行波前倾斜相位补偿。理论推导和仿真分析了输入信号与校正位移的关系,建立相关系统模型,搭建阵列激光合束实验系统,实验验证基于柔性铰链放大机构的光纤定位器波前倾斜像差的校正能力。本文的主要内容包括以下几个方面:1.建立阵列激光合束的数学模型,对阵列光束合成传输机理、对影响光束合成效果的主要因素如空间排布结构、阵列填充因子、子孔径单元数等进行分析,计算合束后光强分布及光束质量;提出了以桶中功率密度作为光束质量性能评价指标。2.提出基于柔性铰链放大机构的光纤定位器代替传统变形镜作为波前校正元件,开展相关结构设计和理论分析研究;对放大机构进行静态和动态分析,推导放大倍率,分析谐振频率;推导输入与输出校正位移的关系。3.分析基于系统性能指标优化的自适应光学系统,经过分析选择随机并行梯度下降算法作为阵列激光合束的控制算法,分析其稳定性及收敛速度,验证算法的闭环控制和畸变补偿能力;提出对影响迭代性和收敛性的增益系数和随机扰动振幅这两个参数进行优化。4.设计分束偏振光纤激光器并进行激光合束相位控制实验,分析激光线宽、功率、光纤挤压、环境振动等因素对单路光束影响,验证移相器的相位调节能力,分析两路光束夹角、光程差(相位差)、功率差等因素对光束合成的影响。5.搭建阵列激光合束倾斜实验平台,开展定位器性能测试,得到动态偏转范围和频率响应曲线,分析驱动光纤接头比直接驱动裸纤难度大,造成定位器动态范围有所下降,为后续结构改进提供参考。以光纤定位器作为波前校正元件,进行合束倾斜补偿实验,结果证明基于柔性铰链放大机构的光纤定位器对波前畸变的补偿能力;在理论分析、数值模拟和实验数据的基础上,进一步完善光纤定位器的结构并改进光束合成系统。
计算光谱成像技术具有高通量、快照成像等优点,但快照成像采样数据量不足,导致利用压缩感知方法重构图谱精度很低。通过对计算光谱成像技术各个环节进行系统研究,提出一种新型的连续推扫计算光谱成像技术,利用正交循环编码孔径代替传统的随机编码孔径,通过逐行扫描方式及正交变换可完整重构图谱数据。仿真和实际成像结果表明,连续推扫计算光谱成像技术可消除图谱混叠影响,理论上可完全重构图谱信息,重构图谱精度明显优于传统的计算光谱成像技术。相比国际上提出的多次曝光计算光谱成像技术,连续推扫计算光谱成像技术不需要改变编码孔径与探测器间的相对位置,也不需要凝视成像,系统中没有活动元件,稳定性高,适用于常规航空航天遥感推扫成像。
针对隐身飞行目标多谱带探测中所选波带性能不易准确客观进行分析评价这一问题,通过设计一种单元能量光谱探测系统来对所选探测波段进行客观分析,以证明该波段在红外隐身飞行目标多谱带探测的有效性.由于所选窄波段接收到的能量要小于传统所用的宽波段,而且信号本身无法表征对目标探测性能的优劣,故而通过对单元能量光谱探测原理进行分析,结合系统信号的转换模型,建立了波段质量因子这一评价模型在不同能见度、不同云背景以及不同探测距离情况下分别对所选窄波段性能加以客观分析.结果表明,单元能量探测系统在不同条件下不仅能够客观准确地对各波段探测进行分析,而且对于不同云背景下所使用波段的抖动性也给予了清晰直观的显示,证明了窄波段的探测效果优于宽波段,与理论分析相一致.
为了提高激光反射断层成像目标重构的图像质量,在目前激光反射断层成像普遍采用反投影算法重构图像的基础上,将CT成像中常用的迭代重建算法引入到激光反射断层成像的图像重构过程中。分析了反投影算法中的直接反投影、R-L和S-L滤波反投影以及迭代重建算法在图像重构中的性能特性。进行了仿真和外场实验,结果表明:在直接反投影基础上添加了滤波器的反投影算法在减小误差和抑噪能力上都明显提高;另外相比于反投影算法,代数迭代重建算法表现出更好的重建质量,且具有更强的抑噪性能。
针对推扫式红外遥感成像技术在高分辨对地观测领域的重要地位,结合我国红外遥感技术发展现状和长线阵红外探测器技术水平,研究了利用线面转换的异型红外光纤传像束线阵端实现推扫,面阵端与成熟的小面阵红外探测器耦合以获得高分辨红外遥感图像的光纤传像系统.分析了该红外光纤传像系统前置物镜和耦接镜设计中的主要问题,并针对一种入射端为4 000×6元线阵,出射端为160×150元面阵的红外光纤传像束设计了前置物镜系统和后继耦接镜系统.引入平均传递函数的方法对整体光学系统的MTF进行了模拟评价,模拟结果显示整体光学系统成像良好,两系统的成像性能皆达到衍射极限,满足光纤传像系统的特殊要求,可为该类光纤传像系统的设计提供参考.
真实世界的视觉光信息是复杂的高维度连续的信号;而现有的数字成像方式是低维耦合离散采集,在成像的各个维度——空间分辨率、时间分辨率、视角及深度、颜色(光谱)等均已达到瓶颈:这极大限制了场景视觉信息的全面获取。计算成像,综合信号处理、光学、视觉、图形学等多学科知识,可突破经典成像模型和相机硬件的局限,以更加全面、精确地捕捉真实世界的视觉信息。文章从计算成像的进化史、计算成像的基本原理、计算成像研究动态、计算成像的关键技术以及计算成像的未来展望等方面,从全光视觉信息的设计获取角度阐述了计算成像的相关概念与理论。
用瑞利—索末菲矢量衍射公式导出微光学系统矢量衍射像点光强分布的计算式,探讨矢量衍射成像中畸变的衍射机理与计算。模拟试验表明微光学系统矢量衍射成像不但要考虑横向场还要考虑纵向场,畸变校正要进行位置校正,光强也要做适当校正,有利于微光学成像系统的像差分析与处理。 
激光诱导击穿光谱（LIBS）定量分析中的自吸收效应不仅会降低谱线强度和增加线宽,而且使定标结果饱和,从而影响最终的分析精度。为了消除该效应的影响,提出了一种基于共振双线与非共振双线选择的自吸收免疫激光诱导击穿光谱（SAF-LIBS）技术,通过比较所测谱线强度比值和理论强度比值来确定等离子体的光学薄时刻,并使用共振线与非共振线来拓展元素含量的可测量范围。该技术可以分为定标和定量两个分析过程,其定标过程为:计算待测元素的共振双线及非共振双线的理论强度比,通过对比不同待测元素含量样品的共振双线及非共振双线在不同延时下的强度比和理论比,确定等离子体的光学薄时刻;使用一系列标准样品建立LIBS非共振线的单变量定标曲线;利用准光学薄谱线建立共振线和非共振线的SAF-LIBS单变量分段定标曲线。其定量分析过程为:先用非共振线和LIBS定标曲线确定未知样品所属的含量分段,再用准光学薄谱线以及与所属分段的共振或非共振SAF-LIBS定标曲线完成定量分析。对Cu元素的单变量定标结果表明,对于共振线,最佳延时随着样品含Cu量的增加而增加,且只有当含Cu量低于0.05%时,才可能获得准光学薄的共振线,而随着Cu含量的增加,自吸收变得非常严重,以至于无法获得光学薄的共振线;对于非共振线,当含Cu量在0.01%～30%范围内,均可获得准光学薄的非共振谱线,而当Cu含量大于50.7%时,将无法在等离子体寿命期内捕获到光学薄谱线。对Cu元素的定量分析结果表明,基于共振双线与非共振双线的自吸收免疫LIBS技术可以有效地避免自吸收效应的影响,各分段定标曲线的线性度均大于0.99,对两个未知样品中Cu元素含量的绝对测量误差分别为0.01%和0.1%,探测限达到了1.35×10-4%,最大可测量范围拓展至50.7%。
随着人们生活水平的日益提高,一些慢性疾病如糖尿病和冠状动脉粥样硬化的发病率也随之增加;此外,如阿尔兹海默病和癌症发病率的升高也引起了人们的高度关注,从而开展了大量研究。在这些疾病的发生发展中,科学家们发现氧化应激反应与这些疾病发病机制密切相关。低强度激光疗法通过光生物调节作用将低强度激光(波长范围从红外到近红外630～1 000 nm)应用于病灶组织或单层细胞从而达到治疗的目的。而目前的文献报道显示,低强度激光的作用机制可能是通过调节机体氧化应激水平从而达到治疗疾病的目的。因此,掌握低强度激光疗法的作用机制如氧化应激反应过程中对各指标水平的调节,以及其治疗作用,为低强度激光治疗提供理解依据具有现实意义。
自适应光学(Adaptive Optics,AO)系统利用波前传感器测量波前畸变,通过控制器计算控制信号,波前校正器根据控制信号产生校正面形对波前畸变进行补偿。自适应光学技术在天文成像,眼科成像等领域均获得了广泛的应用。天文成像AO系统中,在大气冻结湍流假设下,大气冻结湍流在大气横向风驱动下运动。系统中的时间延迟导致波前校正器生成的校正面形与实际的被校正畸变存在时域的不匹配,造成校正滞后误差。视网膜成像AO系统成像期间,眼球并不能被完全固定,成像期间的下意识眼球运动将导致成像结果间的相对运动变形以及成像结果中的运动伪影。本文将围绕基于运动估计的自适应光学系统的预测控制和图像配准技术展开。针对天文成像AO系统中的校正滞后误差,提出了大气横向风估计预测控制技术。针对视网膜自适应光学相干层析(Adaptive Optics Optical Coherence Tomography,AO-OCT)系统中的下意识眼球运动伪影,提出了AO-OCT视网膜图像运动伪影校正技术。主要研究内容分为五个部分:第一部分,设计了Shack-Hartmann波前传感器(Shack-Hartmann Wavefront Sensor,SHWFS)测量复原波面的大气横向风估计算法。分析了大气横向风估计偏差与波面复原阶数之间的关系,得到了最佳的复原阶数范围。提出了两种大气横向风估计算法:块匹配算法和光流法。从大气横向风估计偏差和方差的角度比较了两种方法。两种方法的风速估计百分比误差均保持在30%以内,风向的估计误差均保持在6~°以内。两种方法的大气横向风估计方差都随着斜率测量噪声方差的增大而增大,性能接近。光流法具有更小的估计偏差优于块匹配算法。利用旋转相位屏大气湍流模拟装置对SHWFS斜率测量复原波面的横向风估计方法进行了验证,结果表明两种大气横向风速度下估计的百分比误差均在10%以内。第二部分,设计了SHWFS斜率测量的大气横向风估计算法。利用克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)分析了从SHWFS斜率测量进行大气横向风估计的基本性能极限。分析了大气横向风估计的Fisher信息,发现当大气湍流相干长度不小于3/4个SHWFS子孔径尺寸时,无偏CRLB与大气湍流相干长度成负相关。无偏CRLB与斜率测量噪声的标准差成正比。然后分析了基于梯度的大气横向风估计的偏差,确定性偏差来源于线性近似的余项忽略和梯度近似误差。最后得出了基于梯度的大气横向风估计的有偏CRLB,该性能边界可以更准确地预测估计的性能。利用旋转相位屏大气湍流模拟装置对SHWFS斜率测量的横向风估计方法进行了验证,结果表明两种大气横向风速度下估计的百分比误差均在15%以内。第三部分,设计了大气横向风估计预测控制算法用于校正AO系统校正滞后误差。该方法包括大气横向风估计和预测校正两部分。大气横向风估计从SHWFS的斜率测量中得到。波前预测利用估计得到的大气湍流横向风参数在傅里叶域实现。对预测方法的SHWFS边缘子孔径误差进行了分析和处理。横向风参数已知的条件下,预测校正几乎能完全补偿滞后误差导致的性能损失。分析了预测校正技术对大气横向风估计误差的鲁棒性,获得了对风速和风向估计误差的理论容忍范围。在大气横向风估计的风速和风向误差同时存在时,预测校正能在较大的横向风估计误差范围内提升AO系统校正能力。分析了不同大气湍流条件下,大气横向风估计预测控制的校正性能。第四部分,介绍了AO-OCT视网膜图像的三维配准技术。AO-OCT系统成像期间的下意识眼球运动造成成像结果间的相对变形与运动。AO-OCT视网膜图像的三维配准算法主要包括预配准和精配准两个部分。预配准通过采样和相位相关计算,缩小了精配准的搜索空间,提高了匹配效率。精配准基于预配准的结果,在子三维图像内进行匹配计算,提高了计算速度和配准精度。对精配准结果的异常值滤除和插值计算,进一步减少了错误匹配。实验的AO-OCT视网膜图像配准结果表明,配准后图像相较于未配准图像的锐度比和结构相似度(Structural Similarity Index,SSIM)均有显著提高。第五部分,设计了AO-OCT视网膜图像的运动伪影校正算法。利用AO-OCT三维配准算法对下意识眼球运动量进行测量,然后对三维图像内眼球运动变形进行估计,最后实现AO-OCT视网膜图像运动伪影的校正。介绍了三种方法来测量AO-OCT图像的眼球运动伪影和评估校正效果。经过横向运动伪影校正后,enface投影的视锥细胞图像的变形得到校正,视锥细胞图像样条的变形降低。经过axial方向的运动伪影校正后,视网膜层的边界更加平滑,视网膜锥体外节齿顶线(Cone Outer Segment Tips,COST)分割深度的标准差得到了降低。图像经过三个维度的运动伪影校正,在axial方向,line方向和scan方向的功率谱密度中均观察到在三维图像采样频率以及谐波频率处峰值的降低。本文围绕基于运动估计的AO系统的预测控制和图像配准技术展开。主要解决了天文成像AO系统中的校正滞后误差和视网膜成像AO-OCT系统中的眼球运动伪影问题。本文的工作仍然需要完善,例如进行实际大气湍流的横向风测量实验和预测校正实验。
杂光系数是评价光学系统成像质量的重要指标之一。一般情况下,杂光系数只有在光学系统加工完成之后,才能运用实测方法得到,且如果实测结果不理想,需对光学系统的杂光抑制方法进行调整以增强其抑制效果。针对上述问题,提出了一种在光学设计阶段求得杂光系数的方法。该方法运用光学仿真软件TracePro为光学系统建模、分析和光线追迹,运用数学分析软件Matlab对仿真结果进行拟合,最终求出杂光系数。该方法的优点是将杂光系数的分析与计算提前,准确评价光学系统的杂光抑制能力。 
根据大孔径静态干涉成像光谱仪的原理和特点,分析了光辐射能在光学系统内的传输情况,对探测器上接收到的光辐射能信号和噪音信号做了详细的推导,得到了仪器理论信噪比的表达式.在实验上以大口径积分球为辐射源,采集仪器输出的干涉图像,计算得到仪器的实际信噪比曲线,对大孔径静态干涉成像光谱仪的理论信噪比曲线与实际的信噪比曲线做分析比较,结果验证了用推导的论信噪比的表达式来预估仪器信噪比的可行性.
结合IEEE1394驱动程序的开发流程,在DDK的环境下开发了IEEE1394设备的WDM的驱动程序,用文中的方法创建的驱动程序具有代码简洁、结构清晰、执行效率高等特点,结果表明完全能满足工程需要.
针对中波红外激光器输出功率波动较大,采用声光反馈调节的方法,研发出一套声光反馈调节中波红外激光器腔体外功率的稳定控制系统,系统主要由声光调制器、探测器、微电流放大器、反馈控制电路等组成。经实验验证,该系统有效地抑制了激光器输出功率的波动,波动可控制在±0.08%范围之内,达到了低温绝对辐射计对输入激光稳定性的要求。同时该系统具有软件调节输出功率的功能,能够便捷、低成本地实现激光器多种不同功率的连续可调性输出,通过增量式PID算法使得系统在2s内便可完成不同功率之间的调节,亦解决了以往一台激光器只有唯一的输出功率的局限问题,满足用户的多种使用需求,具有实用性、创新性。
拼接主镜是建设大型天文望远镜最有效的技术途径,尤其是对10m及更大口径的望远镜.本文从光学衍射理论出发,以10m左右口径望远镜为例,推导出了拼接望远镜光学系统点扩展函数的解析表达式,建立了数学仿真模型,并对影响望远镜系统远场像质的因素进行了计算分析.理论分析和仿真结果表明:拼接望远镜的点扩散函数是分块镜的位置干涉函数和分块镜的点扩散函数的乘积;分块镜间的间距会引起分块镜的衍射光斑展宽,使远场峰值能量下降;分块镜的平移误差会严重影响望远镜点扩散函数中的位置干涉函数,从而降低望远镜系统的斯特列尔比;分块镜的倾斜误差会在每个分块镜的点扩散函数引入频移,因而影响拼接望远镜光学系统的点扩散函数,降低望远镜系统的斯特列尔比.
本研究给小鼠腹腔注射VitB21.0mg/kg以上时,可显著地降低HgCl2的致微核作用.不论是在HgCl2的染毒前2h或染毒后30min内给予VB2时,均可明显地降低HgCl2的致微核作用.另外,给小鼠饮水含VB210mg/L一个月后,也可显著地降低HgCl2的致微核作用.
在一些大型航天器上,为扩大机械臂的工作空间,往往采用宏微臂组合的方式。当微臂工作时,宏臂相当于微臂的柔性基座。针对这种宏微臂串联组合方式,设计一种被动三自由度来模拟宏臂,用于微臂的地面试验。柔性基座实现了三自由度之间的耦合,且采用不同的原理实现了三自由度方向刚度的可调性。对柔性基座进行了刚度特性分析,得到了其变形角度的刚度阵,并对其刚度阵进行了分析。为柔性基座机械臂的动力学研究提供了实验平台。
共形光学系统与传统光学系统的本质区别在于其优先考虑整流罩的空气动力学性能而非系统的成像质量。校正共形头罩引入的动态像差,是共形头罩及其后方光学系统设计的关键。传统的像差校正方法包括固定校正器和动态像差校正器,有各自的局限性。因此,研究新形式的像差校正技术有着深远意义。计算成像作为一项新兴技术,将成像光学与数字信号处理技术相结合,成像性能较传统光学系统有了很大提升。波前编码技术作为计算成像中最为经典的技术之一,能够在不降低系统的光通量、成像分辨率的前提下,扩大系统焦深,也能有效抑制离焦等原因引起的像差,为像差校正提供了新思路。本文致力于基于计算成像的像差校正技术研究,重点研究了二次曲面共形整流罩像差特性及波前编码技术对离轴像差的敏感性,提出将波前编码技术应用于二次曲面共形光学系统的设计中,抑制其动态像差,进而实现光学成像系统性能改善,获得高清晰度、优良像质的目标图像。该研究能为光学成像系统设计及像差校正提供一定的理论依据及技术支撑。本文的主要研究内容包括以下三部分。(1)研究了二次曲面共形整流罩像差特性。分别建立长径比为1的椭球面、抛物面、双曲面共形整流罩的初始结构,分析了共形头罩在扫描过程中引入的动态像差变化特性。然后,以泽尼克像差理论为基础,研究了不同长径比的二次曲面共形头罩的像散、彗差随目标视场变化规律。(2)研究了波前编码技术对离轴像差的敏感性。从光学传递函数的解析表达式出发,详细分析了加入三次相位板的光学系统对离轴像差——初级像散、初级彗差的敏感性。另外,介绍了两种相位掩膜板参数优化方法,即基于PSF一致性的优化方法、基于Fisher信息理论的优化方法。(3)基于波前编码的二次曲面共形光学系统设计。将波前编码技术应用于共形光学系统进行像差校正,给出典型设计实例,证明了波前编码技术对共形光学系统中非对称像差的校正能力。在由共形头罩、固定校正器和双反系统组成的共形光学系统中添加三次相位掩膜板,用于校正共形光学系统的动态像差。根据光学系统参数及红外光学系统的特性,完成光学系统的设计并进行图像仿真,验证了波前编码技术可以有效校正共形头罩动态像差。
面向远距离微多普勒效应探测,建立了激光平衡外差探测输出信噪比的数学模型,并在此基础上仿真对比了平衡外差探测和一般相干探测的信噪比,分析出在合理设置探测器结构参数情况下,平衡外差探测方法在提高信噪比上有明显优势特性。经过实验验证分析,接收信号经时频分析后较一般相干探测可读性更强,减小了特征提取误差,适用于远距离微动探测。研究为目标微动的实际遥感探测提出了一种高效可行的接收方法。
针对现有的几种地面微重力装配技术存在装调效率低、多自由度重力卸载实施困难、卸载效率无法评定、辅助工装附加阻力大和适应性差等不足,设计了一种适用于空间机械臂的微重力柔性装配系统,描述了系统的方案和工作原理,并进行了试验验证。研究表明,该系统能够实现空间展开机构的多自由度装调、重力卸载效率在线监测和复杂轨迹地面模拟试验。
螺栓连接结构的受迫振动通常存在非线性谐振效应,这会影响基于线性近似的悬臂梁结构特征频率优化结果的可信度,因此必须对其谐振效应加以抑制。分析非线性来源可知螺栓连接面的碰撞等因素导致了非线性,提出在螺栓连接结合面添加弹性胶层的方法来弱化由于螺栓接触状态的周期变化导致的谐振效应,实验结果表明胶层的添加可以明显减弱螺栓固定结构非线性谐振。在此试验结果的基础上,利用拓扑优化方法,以应变能极小为目标对胶接层分布进行优化设计,仿真结果表明优化后的胶层分布可有效的抑制谐振响应。
高光谱遥感技术是在成像光谱学基础上发展起来的一种遥感信息获取技术,因其高光谱分辨率及光谱和图像同时获取的能力,在大气探测、航天遥感、地球资源普查、军事侦察、环境监测、农业和海洋遥感等领域有着广泛和重要的应用。文章对高光谱遥感技术的发展概况进行了回顾,详细介绍了典型的高光谱遥感仪器的发展历程及其主要参数,对比了不同时期各个国家高光谱遥感载荷的性能特点,分析了中国高光谱遥感技术发展现状,并归纳了国际上未来高光谱遥感技术发展计划。文章结合当前信息时代的发展特点,对高光谱遥感技术未来发展进行了展望,指出了高光谱遥感技术探测波段进一步拓宽,时间、空间及光谱分辨率进一步提高,高光谱遥感技术种类进一步丰富,图像、光谱、偏振多元信息一体化获取,智能化、网络化以及小型轻量化的发展趋势,可为中国高光谱遥感技术的进一步成熟化和实用化提供参考。
为了提高全光纤差分吸收激光雷达的探测精度,研究近距离探测条件下使用光环形器的差分吸收激光雷达,这对提高气体探测精度具有重要的意义。分析了差分吸收激光雷达的探测精度与激光回波能量测量的关系,发现近距离条件下的气体探测精度将会受到环形器"串音"的影响,分析了不同探测高度下串音对探测精度的影响程度。结合CO2浓度探测的实例并通过仿真计算,得到了信噪比与探测相对误差随探测高度的变化曲线。结果表明,环形器中存在的"串音"会干扰激光回波信号,对探测信噪比与精度产生严重影响。该研究对设计与完善全光纤差分吸收激光雷达系统具有重要的借鉴意义。
面向远距离目标微多普勒效应的探测,建立了本振光功率变化对激光平衡外差探测回波信噪比影响的数学模型,并进行了仿真分析。通过搭建的1 550 nm激光平衡外差探测实验平台测试了由于本振功率变化对于目标微多普勒特征提取效果的影响。研究结果表明,对于平衡外差探测,由于两光电探测器量子效率不可能完全匹配,考虑到散粒噪声、热噪声和本振相对强度噪声的影响,将存在一个最佳本振功率值使探测信噪比达到最大。当选取该本振功率进行探测时,获得的目标微多普勒特征可读性更强,提取误差更小。
腔倒空技术是一种有效产生大能量、短脉冲激光输出的调Q技术,其产生的Q开关激光脉冲的宽度主要由谐振腔腔长决定。大孔径半绝缘GaAs光电导开关(PCSS)是一种可耐高压的光控开关,具有响应速度快、时间抖动小、耐压高、暗电阻大、导通电阻小等特点,将其直接作为控制腔倒空激光器的光反馈回路和高电压开关,在腔长为20 cm的氙灯抽运Nd∶YAG电光调Q激光器上实现了激光波长1064 nm、单脉冲能量15 mJ、脉冲半峰全宽(FWHM)为1.7 ns的腔倒空激光脉冲稳定输出,脉冲宽度峰峰值抖动优于7%,能量峰峰值抖动优于3%。
针对电大目标的高精度散射场计算以及快速成像的需求,为降低散射场采样点数以及剖分的面元数量,使用基于曲面剖分的多层快速PO算法快速求解多频率多角度下的散射场,降低面片数量的同时提升计算效率,基于电大复杂目标,达到快速计算散射场及快速高精度成像结果。
利用束流光学计算程序TRANSPORT和TURTLE对基于2×3MV串列静电加速器的单粒子微束细胞精确照射装置的束流传输光学进行了一阶近似计算,得到了包括束流包络、束流相图、束斑大小及束流发散程度的相关数据。计算结果表明,对于能量1.5MeV,经2mm×2mm狭缝入射且初始发散角x’～y’≤3mrad的典型质子束流,通过优化光学元件的参数,在束线末端可获得束径x<0.2cm,y<0.3cm,发散角x’<4.8mrad,y’<6.5mrad的准平行束流,达到了微准直器获取单粒子微束所需的束流品质。计算结果为束线系统优化和束流调试工作提供了必要的参考依据。 
提出了一种改进的彩色图像边缘检测方法来克服传统方法不考虑色度信息及噪声影响而产生漏检、错检边缘的不足.通过提取图像的颜色主轴来综合表示图像的亮度和色度信息,并将彩色图像降维成包含色度信息的灰度图像用以检测;为了降低噪声对检测结果的影响,采用脉冲耦合神经网络(PCNN)模型.由于PCNN模型中的参数过多,不利于控制,故使用简化的PCNN模型来减少参数,达到比较好的控制.实验表明,这种基于颜色主轴的PCNN彩色图像边缘检测方法不仅能准确得到彩色图像的边缘信息,而且对噪声有很强的抑制作用.
运动平台上的光学系统不可避免的产生镜面失调,如何描述失调光学系统的光路传输是一个非常迫切的问题。本文利用Matlab符号运算,通过两次坐标旋转和坐标平移得出了失调镜面方程,随后用矢量形式反射定律求出光线经过失调镜面后的方向矢量,通过光线追迹法,建立了失调光路传输模型。实例计算中,以某仪器的望远镜结构为光学模型,用Patran_Nastran的瞬态求解功能,求得在xyz方向同时加载相应正弦振动时镜面的失调位移,随后利用光路传输模型,得出了过主镜中心的光线(视轴)经主镜、次镜和反射镜反射后的最大抖动角度分别为0.0034°,0.0161°,0.0177°,并且得出了光斑在靶面及空间运动轨迹。 
针对实时广域高分辨率成像需求,充分利用具有对称结构的多层共心球透镜视场大且各轴外视场成像效果一致性好的特点,设计基于共心球透镜的多尺度广域高分辨率计算成像系统.该系统基于计算成像原理,通过构建像差优化函数获得光学系统设计参数,结合球形分布的次级相机阵列进行全局性优化,提高系统性能的同时有效简化光学设计过程、降低系统设计难度.系统稳定性测试结果表明,该成像系统的MTF(modulation transmission function)值在截止频率处接近衍射极限,弥散斑均方根恒小于探测器像元尺寸,整机实景实时成像效果良好,无视觉可见畸变.该系统不仅有效解决了传统成像中广域和高分辨率成像矛盾的问题,而且为计算光学成像系统设计奠定了一定研究基础.
简述激光三维成像技术的发展历程及其技术特点,介绍当前不同搭载平台的典型激光三维成像系统;重点在林业、数字城市、地形测绘、洪水制图、公路、管线与电力输送线路设计和维护、浅海海底地形测绘以及矿山采空区调查和火星着陆器导航8个方面,对其应用原理和应用现状做了详细阐述;对激光三维成像技术的应用现状进行了总结,并对其发展方向做了展望。
机载和星载激光探测技术近年来在国内外取得了长足的进展,在科学研究和国民经济发展中起到了重要作用。基于我们的研究工作,重点讨论机载对地观测激光三维成像技术、目标的激光探测数据处理技术、月球探测激光高度计。在此基础上,对未来空间激光探测技术的发展进行展望。
基于偏振干涉原理,设计了一种用于测量偏光镜消光比的连续可调智能化衰减系统。该系统由3个标准偏光镜、1个632.8 nm的1/4波片、1个步进电机和微机共同组成,其中1个偏光镜的主透射方向和波片快慢轴的夹角为45°并组成标准圆偏器,利用计算机控制步进角为0.25°的步进电机旋转圆偏器,从而达到连续衰减光强目的。其衰减范围可在0~60 dB间扩展,插入损耗小于1.2 dB。用该系统测量时,可得到优于10-7量级的消光比值。对衰减系统的调节机理进行了分析,并给出圆偏器旋转不同角度下系统的透射曲线。
以双棱镜干涉实验为例,针对光学实验中传统观测手段存在的弊端,进行实验改进.通过引入数字成像技术,并结合传统方法,增强了实验直观性,且便于测量.
为获取高分辨大视场的目标图像,提出了双相机系统的高分辨重建算法.根据小视场高/低分辨图像对,学习图像的高频特征,利用线性回归函数表征图像高分辨与低分辨的高频特征映射关系;在小波域实现低分辨、大视场目标图像的超分辨重建,使其达到高分辨、小视场目标图像的分辨率水平;设计了10组双相机系统的仿真实验,并与双三次插值、小波域插值和学习自身的重建等3种流行算法进行对比.实验结果表明,本文算法取得了最好的重建效果,时间代价也相对较小,并且重建评价指标PSNR比传统双三次插值高约0.26.
Rydberg原子具有极大的极化率和微波跃迁偶极矩,对外界电磁场非常敏感,可实现基于Rydberg原子的超宽频带射频电场的高分辨高灵敏测量.通过Rydberg原子的全光学无损的电磁感应透明探测手段,可以实现基于原子的快速免校准宽频带(0.01-1000 GHz)外电场的精密测量.对于频率大于1 GHz的微波场,由微波场耦合相邻Rydberg能级形成的Autler-Townes分裂进行测量;而对于频率小于1 GHz的长波射频场,由Rydberg能级的射频边带能级进行测量.这种方法是基于原子能级参数,可溯源到基本物理常量,不依赖于外界参考;且对电场无干扰,易于实现微型化和集成化,具有广泛的应用前景.本文主要综述了基于Rydberg原子的外电场测量的最新研究进展,重点介绍长波长射频场的测量,包括电场强度、频率以及极化方向的测量,详细介绍了其测量原理和探测灵敏度,并讨论了其应用前景及未来发展方向. 
为持续获得对流层低层高精度、高时空分辨率的水汽浓度分布数据,提出了一套改进的大气水汽探测地基差分吸收激光雷达系统方案.详细描述了系统主要组成部分,对主要误差进行了分析与估计,并提出了一种差分吸收截面实时测量装置用于补偿发射激光器带来的测量误差.针对该系统,并结合上海地区不同季节的水汽浓度状况,对935 nm水汽吸收带中四个水汽吸收峰的差分光学厚度、雪崩二极管的倍增系数M与回波信噪比的关系、水汽浓度随机测量误差等进行了详细的仿真与分析.仿真结果表明,根据不同的季节和天气状况,可以选择不同的吸收峰以达到最佳探测效果;在300—5000 m高度范围内,最大可以达到300 m的垂直分辨率与5 min的时间分辨率,水汽浓度随机测量误差不超过18%.
为了解决CFRP(carbon fiber reinforced polymer)平面反射镜在加工成型后的面形存在像散像差的问题,建立相关的理论模型以对其产生机理进行解释,并设计实验对模型进行验证。首先基于经典层合板的热效应理论,考虑到CFRP平面反射镜制造过程中存在铺层角度误差及温度变化等因素,推导了相关公式以说明当对称均衡铺层CFRP反射镜存在铺层角度误差时,在热效应的影响下会产生马鞍形的变形,即会导致面形出现像散像差。设计了相关实验,制备了两组铺层角度分别为[0°90°45°-45°]2s和[(0°90°45°-45°)s]2的反射镜样片,并利用Zygo长波红外干涉仪(λ=10.6μm)对样片总体面形及像散像差进行检测。实验数据显示:第一组样片像散像差的RMS值平均为0.034λ,第二组样片像散像差的RMS值平均为0.510λ。证明了铺层角度误差是使反射镜产生像散像差的主要原因之一,而且像差大小会随着反射镜弯曲刚度准各向同性的提高而减小。
介绍了嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的科学目标、总体设计思想、方案选型、工作原理、光学实施方案、光学系统设计及评价、空间环境适应性考虑、发射前光学图像质量检测、在轨运行情况及在轨性能评测.
针对非相干光照明下的非视域成像问题,提出一种基于深度学习的解决方法。结合计算机视觉领域中经典的语义分割及残差模型,构造一种URNet网络结构,并改进了经典瓶颈层结构。实验结果表明,改进的网络可以恢复更多的图像细节,并具有一定泛化性,相比于基于非相干光照明的散斑自相关成像技术,该网络恢复性能有较大提升。
分析水中粒子对光的吸收及后向散射造成的图像退化的物理模型,提出一种基于非偏振光照明的水下偏振成像目标增强技术。该技术的优势在于非偏振光照明确保了目标反射光与杂散光始终存在偏振态差异;采用偏振角特征参量确保了杂散光光强估算的精确性。与基于线偏振光照明的水下偏振成像技术相比,其适用范围更广,图像恢复精度更高。实验结果表明,该方法能够提高水下图像的能见度与对比度,对比度至少提升100%,适用于不同材质目标、不同成像距离以及不同杂质、不同浑浊程度的水体环境,在水下成像领域具有潜在应用价值。
将基于平面片的迭代物理光学(IPO)方法推广到曲面片上,发展了基于曲面片的迭代物理光学(CIPO)方法。利用CIPO方法计算分析了薄层天线罩和罩内散射体之间的电磁耦合作用。研究表明:同基于三角面片的IPO方法相比,CIPO方法对于表面曲率较大的目标可获得更高的计算速度和精度。
基于特征点的图像拼接不仅不易受光照、旋转等因素影响,而且还有利于提高速度,是目前图像拼接的主流方向。尺度不变特征变换(SIFT)是目前比较成熟的一种角点检测算法,但是其特征点匹配问题仍然没有得到很好的解决。从系统相似的角度出发,提出了基于系统相似论的匹配准则,并将新匹配准则与传统的匹配准则进行了对比,指出了传统匹配准则存在的问题,测试了新准则匹配的精度和速度,分析了新准则能够取得更高精度的原因,并据新准则成功地检测了待拼接图像中的匹配角点,然后用改进的样本一致性算法计算出仿射变换的投影矩阵,并用Levenberg-Marquardt(L-M)算法对其求精,最终实现了图像的自动拼接。最后给出了全景相机图像的拼接结果,并对新的匹配准则给出了进一步的分析讨论。
润滑油动力粘度是划分润滑油品质的重要依据之一,高铁变速箱润滑油需要进行实时、快速、无损的检测,因此提出一种基于可见近红外光谱微型模块结合量子遗传-神经网络算法对润滑油粘度值进行定量分析的新方法。不仅实现了高铁变速箱润滑油动力粘度的无损快速实时检测,还进一步提高了对润滑油动力粘度预测的精度。微型光谱仪具有性能优良、体积小巧等优势,在便携式光谱无损检测方面用途越来越多。在这里,选用可见短波近红外和近红外波导光栅两种微型光谱模块进行光纤耦合,实现了330～1 700 nm可见-近红外波段光谱拼接。首先我们采用该组合微型光谱仪对13种不同粘度的润滑油共78个样本进行光谱扫描得到原始光谱数据。原始光谱经过Savitzky-Golay卷积平滑后,再一阶求导,可以有效地消除基线漂移和背景噪声。然后采用主成分分析和马氏距离相结合的方法来识别浓度界外样本,剔除界外样本3个。最后采用BP(back propagation)神经网络和量子遗传神经网络两种回归算法分别建立定量分析模型,并对比分析了两种算法的性能。量子遗传算法是量子计算和遗传算法相结合地一种概率进化算法,采用量子染色体的形式,利用量子逻辑门进行全局搜索,从而可以利用量子遗传算法优化神经网络地权重和阈值,提高建模效率和精度。分别用BP神经网络算法和量子遗传-神经网络算法进行建模仿真,从75个样本随机抽取10个样本作为预测集,其余65个为建模集。在量子遗传寻优算法中,其种群数目设置为40,终止代数为200,寻优结果表明该算法在训练81代后可快速得到最优解。比较两种建模算法的预测结果,采用量子遗传-神经网络算法相比BP神经网络算法得到的粘度预测结果均方根误差从0.345 5降低至0.029 4,决定系数从0.850 4升至0.979 9,可知量子遗传-神经网络算法的预测能力明显强于BP神经网络。为进一步提高润滑油粘度的定量分析准确度和微型光谱模块应用于高铁齿轮箱润滑油在线、实时、快速检测提供了参考方法。
针对传统曝光模式下运动模糊图像复原的病态性问题,提出了一种基于闪动快门互补序列对的运动模糊图像复原方法 .分析了闪动快门成像原理及其码字序列在频域的相关特性,结合编码序列对之间的信息互补特点,引入Golay互补序列生成理论,构建长度适中的二进制闪动快门互补序列对.互补序列对的联合调制传递函数在频域上实现了信息互补,其曲线对比单码字的调制函数具有更大的最小值和更小的方差值,且其构成了峰值-谷值对应,保证了互补图像序列能够相互补偿由于运动模糊所造成的空间信息损失.引入全变分正则化模型,构造一体化的多帧图像去模糊复原算法框架,实现清晰图像的有效获取.搭建了运动目标实拍仿真成像平台,开展了仿真和实拍运动模糊复原实验.实验结果表明,该方法能够更好地保留场景细节信息,获得高质量的运动模糊复原结果,有效改善复原过程中的负效应.相较于其他几种运动目标成像获取方式,该方法复原图像具有更好的主客观评价结果 .
光学系统成像过程中,探测器上能接收到的光束除按正常光路进行的光束以外,还存在少量非成像光束,这些非成像光束在探测器上扩散的现象称为杂光现象。杂光的存在会导致光学系统成像质量下降,因此,杂光分析和杂光抑制是光学系统设计过程中必不可少的环节。本文详细研究了光学系统杂散光分析的基本理论,对光学系统杂光评价指标杂光系数(VGI)和点源透过率(PST)做了细致的分析。长期以来,人们致力于杂光系数的准确检测,并从理论与实验上相继开展了许多研究工作。一般情况下,杂光系数都是在光学系统加工装调完成之后,才运用实测方法得到,且如果实测结果达不到设计时的要求,需对光学系统的杂光抑制方法进行调整以增强其抑制效果。本文提出了一种在光学设计阶段求得杂光系数的方法。该方法运用光学仿真软件TracePro为光学系统进行建模、分析和光线追迹,运用数学分析软件Matlab对仿真结果进行拟合,最终求得杂光系数。由于折反射式光学系统(如卡塞格林系统、R-C系统等)口径较大、且主镜中心有一圆形孔径,杂光对此类系统的影响十分严重。本文对折反射式光学系统的消杂光措施如遮光罩、挡光环等进行了详细的研究。在设计遮光罩时发现,运用传统方法设计的遮光罩要么外遮光罩长度过长,造成光机系统重量和体积严重增加;要么次镜遮光罩口径较大,使系统中心遮拦增大,造成像面上成像光束照度降低。针对这一问题,本文提出了一种内嵌式遮光罩设计方法。对一典型R-C型光学系统进行内嵌式遮光罩设计,并与传统方法设计的遮光罩进行对比,结果表明,采用内嵌式遮光罩,可使光学系统外遮光罩长度明显缩短,中心遮拦减小,同时杂光抑制能力良好。
在高分辨率天文观测和空间测绘过程中,高速流场效应会造成目标光学波前畸变,影响探测器分辨率。从高速流场造成光学效应对空间观测的影响入手,研究分析了自适应光学技术及其关键器件-光学变形镜的技术特点,提出了一种基于光波波面调制技术和光程差(OPD)数据的高速流场光学传输效应模拟方法,并完成了初步验证实验。其中,通过光线追迹法和物理光学方法计算高速流场光学传输效应而获得的体现目标光束波面畸变程度的光程差(OPD)数据,该数据用于光学变形镜的控制驱动。这种模拟方法可用于空间对地观测过程中流场环境造成的透射光斑抖动、偏移等光学波面畸变效应仿真,实现在实验室环境下对光学传感器性能和空间光学探测系统高速流场效应半实物仿真和高速流场扰动校正能力的测试评估。 
在不可动微阀性能优化问题的研究中,系统压差比越大,不可动阀的阻断性能越好。为提高不可动微阀的压差比,采用拓扑优化方法进行Tesla型不可动微阀的设计。针对直接采用不可压NS-Darcy方法优化易导致的渗透和数值不稳定问题,采用固相介质弱可压的松弛条件来获得固相低渗透效果的优化迭代解,建立了以正向能量耗散极小为目标函数,以表述阀效应的压差比为约束条件的优化模型。优化后Tesla阀在雷诺数为100时压差比提高到2.23,相较原始阀和其它已发表的优化结果,性能提高了56.5%。仿真结果表明,建立的优化模型可以得到高性能的阀体结构。
由于受到高光谱遥感图像传感器平台的限制,图像的空间分辨率受到一定影响,这导致高光谱遥感图像的像元通常是多种地物的混合,也叫做混合像元。混合像元的存在制约了高光谱遥感图像的准确分析和应用领域。采用高光谱解混技术可将混合像元分解为纯净的物质光谱(Endmember,端元)和每种物质光谱所对应的混合比例(Abundance,丰度),为获取更多更精细的光谱提供了可能。这对高精度的地物分类识别、目标检测和定量遥感分析等研究领域具有重要的意义。因此,解混技术成为高光谱遥感图像领域的一个研究热点。基于线性光谱混合模型(linear spectral mixing model, LMM),提出了一种端元丰度联合稀疏约束的图正则化非负矩阵分解(endmember and abundance sparse constrained graph regularized nonnegative matrix factorization, EAGLNMF)算法。该算法通过研究基于非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization, NMF)的方法,结合图正则化理论来考虑高光谱数据内部的几何结构,将端元光谱稀疏约束和丰度稀疏约束应用于其中,从而能够对高光谱数据的内部流形结构进行更为有效的表达。首先,构造了EAGLNMF算法的损失函数,采用VCA-FCLS方法进行初始化,然后,设定相关参数,包括图正则化权重矩阵参数、端元光谱稀疏约束因子和丰度矩阵稀疏约束因子,最后,通过推导得到了端元矩阵与丰度矩阵的迭代公式,并且设置了迭代停止条件。该方法不受图像中是否有纯像元的限制。实际上,在现行高光谱遥感传感器平台情况下,高光谱遥感图像中几乎不存在纯像元,因此, EAGLNMF方法为高光谱遥感图像的实际应用提供了一种思路。采用合成的高光谱数据,构造了4个实验来分析该方法的可行性和有效性,实验将该算法与VCA-FCLS,标准NMF及GLNMF等经典的解混算法进行比较,通过光谱角距离(spectral angle distance, SAD)和丰度角距离(abundance angle distance, AAD)这两个度量标准来进行比较。实验1是总体分析实验。在固定的信噪比和固定端元数目的情况下,用以上三种经典方法与EAGLNMF同时进行解混。实验2是SNR影响分析实验。在固定端元数目和不同信噪比的情况下,用这四种方法进行解混。实验3端元数目分析实验。在固定信噪比和不同端元数目的情况下,用四种方法进行解混,并且将结果进行对比。实验结果发现提出的EAGLNMF方法在提取端元精度和估计丰度精度上都更为准确。同时,实验4是稀疏因子分析实验。对端元稀疏约束和丰度稀疏约束之间的影响因子进行分析,实验结果表明引入的端元稀疏约束对于解混结果也具有较好的影响,并且端元稀疏约束和丰度稀疏约束之间的影响因子也对解混结果具有一定影响。最后,将该算法应用于AVIRIS所采集的真实高光谱图像数据,将其解混结果与美国地质勘探局光谱库中光谱进行匹配对比,其提取的平均端元精度相比于其他三种方法要稍好。
奇异点是非厄米系统中的特殊点，奇异点附近的参数空间会出现很多新奇的物理现象。超表面是物理学近年来兴起的一个研究热点，人们基于超表面的平台已经设计实现了大量性能优越的器件。超表面的出现为研究奇异点提供了一个易操作的平台，通过精确控制超表面的结构参数，可以方便的研究奇异点周围的参数空间。研究超表面中的奇异点也为研究新的物理规律提供了基础的平台，本文首先介绍了奇异点和超表面中的奇异点的基本理论，之后介绍了超表面中奇异点的最新研究进展，最后对目前该领域亟待解决的问题进行分析总结，对该领域的发展进行了展望。 
为了提高消光比测试系统的测试精确度,利用偏振干涉原理研究设计了一种用于此系统的衰减器,并对它的工作机理进行了详细分析。此衰减器主要包括3个偏光棱镜,1个λ/4波片(632.8nm),两个步近电机。它可以对光强度进行连续调节,其调节范围在0~60dB之间,插入损耗小于1.5dB,消除了以往更换固定衰减量的衰减器带来的误差。此光衰减器用在高消光比测试系统中可以得到优于10-7量级的消光比,它不仅可以用于高消光比测试系统,同样可用于其它光学测试系统。当用消色差波片代替λ/4波片时,它能对多种波长的光进行衰减,扩大测试系统对光谱区的使用范围。
针对激光告警中来袭激光方向的确定,应用基于米氏散射的激光离轴探测模型,采用可以获取激光束传输方向上最大辐照度点位置信息的散射告警器对来袭激光方向进行测定.在此过程中选取两个激光告警器,根据激光束与告警器的不同位置关系,分两种情况计算激光束方向.经理论计算验证,在不增加探测器数量的情况下,该方法可以准确地确定任意来袭激光束方向,简化了探测系统.由于探测器的位置不受离轴距离等因素影响,故处理的数据较少,性价比高,实时性强.
针对失稳目标捕获后航天器组合体的位姿调整与稳定问题,提出一种组合体角动量转移与振动抑制复合规划方法。首先建立了同时考虑了空间机械臂、目标卫星太阳翼、服务卫星太阳翼等柔性构件的航天器组合体动力学模型。然后提出角动量转移优化方法,规划机械臂最终构型,保证组合体相对稳定后的角速度最小;基于粒子群算法设计了机械臂最优抑振轨迹规划方法,抑制角动量转移过程中的机械臂和太阳翼的柔性振动。最后通过数值仿真验证了规划方法的有效性。仿真结果表明,该方法能够有效实现组合体的角动量转移,并显著降低组合体的柔性振动,具有工程实用性。
介绍了多管航空火箭发射器平行度的传统测试方法,分析了传统方法的不足之处。在传统测试方法的基础上,采用准直激光光束模拟多管火箭发射器炮管轴线,利用CCD成像系统,结合数字图像处理技术完成了对多管武器系统的平行度检测,很大程度上弥补了传统测试方法的不足。叙述了系统的工作原理,介绍了系统的关键部分的设计,详细分析了系统的测试精度,并且得到了较好的结果。
精确制导系统是利用弹载精确探测装置在复杂战场环境中发现、识别和跟踪目标,利用惯性技术和/或信息支援保障获取弹体自身和所要打击的各种目标的位置和运动信息,控制和导引制导武器准确命中目标的系统。自20世纪70年代正式提出精确制导概念以来,经过40多年的发展,精确制导系统和技术的发展取得了巨大的进步和成就,精确制导武器在现代高技术战争中的作用和地位也在持续提高。随着精确制导系统面临的战场环境的复杂化和目标特性的不确定性程度的提高,精确制导系统与技术的发展也面临着越来越大的挑战。弹载自动目标识别技术是使导弹适应复杂多变的战场环境和激烈博弈的对抗条件下精确打击各类目标的关键技术之一,也是精确制导技术领域长期以来重点研究的一个方向,但由于复杂战场环境下的自动目标识别、决策要求智能程度较高,尽管几十年来一直在努力通过提升自动目标识别的智能化水平,来使精确制导系统在复杂战场环境和宽范围变化的目标特性条件下具有稳健的性能,弹载自动目标识别问题仍然没有得到很好的解决。本文介绍了精确制导自动目标识别智能化的发展进程,分析了当前精确制导自动目标识别智能化所面临的挑战,对精确制导自动目标识别智能化的发展给出了一些粗浅的看法。
为了研究微米量级微生物凝聚粒子群所构成的复杂介质环境对入射激光透射率的影响,采用团簇-团簇凝聚模型模拟了微生物凝聚粒子的空间结构;利用离散偶极子近似方法计算其单次散射参量;通过蒙特卡罗仿真研究了10.6μm激光在微生物凝聚粒子群中的透射率。结果表明:当每个微生物凝聚粒子包含20~50个半径为1.5μm的原始微粒,凝聚粒子数密度大于800/cm3,测量区厚度为4 m时,将孔隙率的值控制在0.9以下,可使10.6μm激光在微生物凝聚粒子群中的透射率小于10%。
通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。 
根据相干场成像技术(又称傅里叶望远镜)接收镜的特点,研究了接收镜偏差对相干场成像技术光学传递函数的影响,推导了光学传递函数与接收光路光程均方差的关系式.该式表明相干场成像技术的光学传递函数是接收光路光程均方差与频差乘积的平方的负指数函数.为确定接收系统精度提供了理论依据.
分析了P2P自组织系统基本特征,给出自组织系统的形式化定义,在此基础上,以非结构化Gnutella网络和结构化P-Grid网络为例,分别讨论了Gnutella网络节点度的幂律分布,利用幂律度分布在自组织过程中产生一个全局结构化特征,使网络构造过程中系统处于动态平衡之中.同时,分析了P-Grid网络自组织过程中的启动问题和路由维护问题,在讨论P-Grid网络结构的基础上,给出解决启动问题的算法和马尔科夫模型,获得两个负载均衡性属性,并在物理网络变化过程中,通过路由维护机制以保障重叠网的结构化属性的完整.
提出了一种适用于长焦光学镜片面形测量的新型激光干涉仪。利用全视场外差移相技术能有效抑制振动和大气等环境因素对长腔干涉测量的影响,采用Twyman-Green干涉仪结构,实现测量波面和参考波面的外差相干测量。搭建了实验验证系统,实验证明该方案能较好地抑制外界振动和大气湍流对测量精度的影响,实现了较高精度的长腔干涉测量,仪器的RMS(Root Mean Square)重复测量精度达到0.45‰λ。该技术可以作为长腔干涉测量的可选方案之一。
实验发现当一束较强的抽运激光 (5 2 6nm)与一束较弱的探测激光 (6 32 8nm)相交通过非线性介质薄膜 (聚吡咯甲烯 /聚乙烯醇薄膜 )时 ,在探测光束的远场产生了中心为亮斑 ,近场中心为暗斑的多个同心衍射环 .从菲涅耳 基尔霍夫衍射积分公式出发 ,理论分析了产生这种现象的原因是抽运光在非线性介质中诱导的相位孔对探测光的衍射效应 .通过数值积分 ,计算结果与实验结果符合 .
基于特征建模的思想,用二阶时变差分方程形式建立柔性关节机械臂特征模型,并应用该模型结合自适应控制对柔性关节机械臂控制进行了研究。该方法的特点是不需要计算系统的动力学模型,只根据系统的输入输出通过参数估计算法估计出时变差分方程的参数,设计智能控制器,它设计简单,使用方便。通过仿真研究表明该方法的有效性。
基于图像盲迭代复原,提出基于梯度的波纹评价方式、边缘轮廓变化评价波纹、平均边缘宽度评价波纹3种评价波纹的方法,得到一种新的基于梯度的波纹评价方式.此方法通过一个中心对称高斯加权窗在图像上逐点计算以该点为中心的邻域图像块的梯度相关信息;计算得到各点对应图像块的梯度信息并映射得到一幅图像来描述降质图像的降质信息,采用这幅降质信息图像的平均值作为整体图像质量的评价测度.对这3种图像质量评价方式进行实验发现,基于梯度评价方法可以很好地确定盲迭代的次数,从而得到相对质量较高的复原图像.
论述了基于单Wollaston棱镜的偏振干涉成像光谱仪的基本原理;采用波法线追迹方法,对光以4种不同入射方式经过偏振干涉成像光谱仪中单Wollaston棱镜的精确光程差、分束角及干涉条纹定位面进行了计算,并给出它们与棱镜楔角、入射角及入射位置之间的理论公式;采用计算机模拟对光程差、分束角及条纹定位面的精确值和近似值进行分析与比较,结果表明精确值和近似值之间存在较大差异;当棱镜楔角、入射角及入射位置增大时,精确值和近似值之间的偏离量随之增大;利用得到的精确值分析了条纹定位面的偏离量及其对傅里叶透镜成像的影响,并推演了应用于偏振干涉成像光谱仪的单Wollaston棱镜的尺寸和入射角的选择范围.该研究为新型偏振干涉成像光谱技术的理论研究和成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供了重要的理论依据和实践指导.
分析了Horn-Schunck全局光流算法和Lucas-Kanade局域光流算法在条纹位移测量中的分辨力和测量范围,结果表明:当Horn-Schunck算法的相对误差和Lucas-Kanade算法的相对误差小于2%时,两种算法的相位分辨力都能够达到10-13π,对应像面上的位移分辨力为1.6×10-12 pixel,两种算法在理论上与四步相移法的分辨力相当;在有噪声的情况下,两种算法的分辨力都达到了0.01π,对应像面上的位移分辨力为0.16 pixel;在相对误差小于2%、方均根误差小于3%时,Horn-Schunck算法和Lucas-Kanade算法的测量范围分别为0～17π/100和0～52π/100,分别约为0～π/6和0～π/2,并且测量范围受噪声的影响很小。
空域模拟光学计算器件具备高通量、实时性和低能耗的信息处理能力.光学超构材料结构紧凑、对光波具有强大调控能力,可被用于构建小型化、集成化的空域模拟光学计算器件.目前空域模拟光学计算器件的研究根据设计方法主要分为4F系统法和格林函数法两类. 4F系统法需要两个傅里叶变换透镜和一个空间频率滤波器,实际模拟计算过程是在空域完成的,结构较为庞大复杂.格林函数法直接利用特别设计的光学材料的非局域响应在空间频率域实现模拟计算过程,不需要额外的傅里叶变换组件,结构简单.本文按照这两种设计方法介绍了近几年来空域模拟光学计算器件的研究进展,根据计算功能又分为微分器、积分器、方程求解器和空间频率滤波器,阐述了这些器件的设计方法.其后介绍了新近提出的利用自旋轨道耦合作用实现空域模拟一阶微分的计算器件.最后对空域模拟光学计算器件应用场景和研究前景进行了讨论和分析. 
水下光谱成像技术在水下目标物识别、海洋生态监测等领域有着重要作用。基于实际工程使用环境设计了基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的水下光谱成像系统。该系统通过采用LCTF作为滤光结构以获得水下目标物的光谱信息。水下光谱成像系统在宽光谱LED光源的照明下,进行水池实验获得了目标物在波长400～700 nm之间的31个通道光谱图像。对水下具有相似颜色的不同物体的光谱信息进行了讨论和分析,结果表明:该系统有助于水下目标物识别和分类。在海试中对珊瑚进行了原位观测,成功获取了珊瑚礁的水下光谱图像。该系统有望应用于海洋遥感、海洋生态环境监测等领域。
投影配准技术能够从投影回波中提取目标的旋转中心点,旋转中心点的获取直接决定着目标廓像的精确重建,故而投影配准技术是研究激光反射层析必不可少的最重要问题之一。现有的投影配准技术都是基于对合作目标特征点的跟踪提取,极大限制了反射层析技术的应用范围。提出了一种经过改进的特征点跟踪算法,通过跟踪投影回波峰值点变化,并对求得的多个旋转中心点位置信息加权平均以消除估计误差,以取得准确的特征点位置信息。实验证明该算法能够直接获取非合目标的特征点,拓展了激光反射层析技术的应用领域。
对二维悬臂梁结构进行初始数值分析,确定贴片布置方式。根据力传感器的设计要求,如贴片区域的应力集中、刚度和重量等,基于常用的SIMP拓扑优化方法,建立拓扑优化模型。结合敏度过滤、密度过滤方法和优化模型参数的连续化方法,使优化的结构收敛到一个细结构较少的拓扑构形。采用MMA优化算法对优化模型进行求解,实现对悬臂梁式测力传感器结构的拓扑优化设计。最终优化结果显示,经拓扑优化得到一个应变在贴片区域集中的优化结构,并达到四个贴片区域的应变量一致。
柔性臂具有质量轻、惯性小和能耗低等优点，是替代笨重刚性机械臂的理想选择。由于柔性臂在运动时要产生振动，因此对其控制算法的研究显得十分重要。本文以多连杆柔性臂为主，对柔性臂机械手关节控制的各种方法进行了系统地综述，内容涉及由经典PID算法到无模型智能控制的控制理论的各个分支；并介绍了如何在关节控制的同时减小振动的措施。
多层共轭自适应光学系统被广泛应用于地基大型天文望远镜,其可以改善大气非等晕的影响,并有效扩大校正视场。基于MAOS软件,在仅考虑大气非等晕影响的情况下,研究了在可见光波段(0.6μm)和红外光波段(2μm)下两种自适应光学系统的对比,多层共轭自适应光学系统相比传统自适应光学系统在可见光波段性能提升显著;以及双层共轭系统中,当第一个变形镜共轭于入瞳处时,第二个变形镜共轭高度变化对系统性能的影响,在可见光波段确定最佳共轭高度对提升性能十分重要,并初步探讨了在单层自适应光学系统中,变形镜致动器个数对系统性能的影响。
基于相位式激光测距的工作原理,提出了将相位式激光测距仪用于水下测距的思路,从原理上分析了水下相位式激光测距的可行性。通过水下距离测量实验,对水下相位式激光测距可行性进行了验证,完成了水下相位式激光测距仪的测距定标算法,并探究了水体浊度对相位式激光测距动态范围和测距精度的影响。实验结果表明,经过定标校正后的水下相位式激光测距仪在水下3.5 m范围内测距误差平均值不超过3 mm,测距范围与水体浊度间存在指数衰减关系。该水下相位式激光测距仪为水下距离的探测提供了一种新方法,可实现水下目标近距离的精确测距。
基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的静态差分偏振干涉成像光谱仪可同时获取二维目标的正交偏振组分的高光谱图像信息.依据干涉光谱学原理和实际探测器提出了该仪器的光学技术指标,并论证各关键偏光元件的光学设计方案.主要是利用波法线追迹法论证Savart偏光镜、Wollaston棱镜和Glan-Taylor棱镜等元件的参数选择依据.着重分析双折射元件色散特性对入射角、厚度及结构角的影响,并提出解决方案.为差分偏振干涉成像光谱仪的工程化提供理论指导.
通过联立两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程 ,建立了双掺杂LiNbO3 晶体采用双色光 (紫外敏化光和He Ne记录光 )实现非挥发性全息存储的动力学模型。理论上分析了深、浅两杂质中心的微观光学参量 (包括敏化光的深中心和浅中心光激发系数、记录光的浅中心光激发系数以及深中心和浅中心的电子复合系数 )对记录饱和衍射效率和固定衍射效率的影响。数值计算表明 ,在双掺杂LiNbO3 晶体的非挥发性全息存储中 ,为了得到高的固定衍射效率 ,应该选择复合系数较大、记录光激发系数较高、敏化光激发系数较低的浅杂质中心以及敏化光激发系数较高、复合系数最佳的深杂质中心。
光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用Zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78μm,焦距0.921 mm,全视场100°、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32 mm,满足像方远心要求,在38 lp/mm频率处MTF值在0.85以上,像质优良;同时,在Tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明:该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。
黑碳气溶胶主要由化石燃料和生物质的不完全燃烧产生,通常具有球形小粒子积聚成链式的形态。由于具有强吸光性,大气黑碳对大气辐射平衡和气候变化有重要影响。在大气老化过程中,当黑碳气溶胶颗粒的形态结构和混合状态改变时,其光学特性、辐射特性也会发生变化。目前,黑碳形态结构的研究主要采用实验室模拟和燃烧实验采集的方法,而直接采集实际大气中的黑碳单颗粒并分析其形貌的研究还较少。本研究引入了能够表征黑碳复杂形态的分形维数(Df),系统对比了二维分形维数计算方法盒维数和滑动盒维数方法、三维分形维数计算方法比例定律的优势与不足。同时,本研究采集了汽车尾气中直接排放的黑碳颗粒以及华北地区的开元隧道、济南市区、泰山山顶和长岛背景点四个采样点的黑碳气溶胶颗粒,利用透射电子显微镜(TEM)分析其结构和混合状态。最后,利用离散偶极近似(DDA)和Mie散射理论模拟计算不同分形维数、混合状态黑碳颗粒的光学特性。本研究发现,计算分形维数的盒维数方法的最大方格尺寸应设置在18-30之间,步长不低于1;滑动盒维数计算方法最大方格尺寸不应低于21,最大方格尺寸在40稳定性最好。本研究使用盒维数、滑动盒维数和比例定律三种分形维数计算方法分别计算了汽车尾气直接排放黑碳的分形维数,二维计算方法盒维数与滑动盒维数计算结果相近,但计算结果偏大。比例定律方法能同时计算多个黑碳颗粒的分形维数,计算效率高,且能计算三维空间中的分形维数,更准确地描述黑碳的形貌特征。根据电镜图片中黑碳的形貌和混合状态,本研究将华北地区四个采样点的黑碳分为三种类型:外混(bare-like),部分包裹(partly coated)和完全包裹(embedded)。隧道采样点的黑碳气溶胶以外混类型为主,而其他采样点则以部分包裹和全部包裹类型为主。不同类型黑碳颗粒的分形维数范围为1.80-2.16,并且大小顺序为:外混<部分包裹<全部包裹。从隧道采样点到背景点,四个采样点的分形维数平均值的变化范围是1.8-2.0。分形维数可以合理地表征黑碳聚集体的形状,其变化能够反映黑碳的老化过程。与其他研究报道的黑碳的分形维数相比,本研究发现在以前的光学模型中所使用的Df =1.8主要代表新鲜排放的纯黑碳气溶胶,而不能表征大气中包括老化黑碳气溶胶的实际形态结构。本研究中计算得到华北平原污染空气中黑碳分形维数值为1.91,这一数值可以代表干燥污染空气中黑碳的分形维数,并可用于进行光学计算。本研究构造了与大气中黑碳颗粒形状结构相似的模型,并利用离散偶极近似(DDA)计算黑碳颗粒的光学特性。本研究发现,外混黑碳的吸收截面有随着分形维数增大而变小的趋势,散射截面则有随着分形维数的增大而增大的趋势。部分包裹型黑碳颗粒的散射截面随着硫酸盐包裹层体积的增大而增大,硫酸盐包裹层的形状对散射截面也有影响。球形硫酸盐包裹层对黑碳吸收增强(Eabs)有低估,硫酸盐包裹层的形状对黑碳颗粒的吸收增强影响较大。全部包裹型黑碳颗粒的吸收增强(Eabs)呈现先增长随后在Dp/Dc =2.3左右保持稳定的趋势,Core-shell模型高估了黑碳颗粒的吸收增强(Eabs)。本研究表明,构建大气黑碳颗粒的形貌、混合状态及其结构模型有助于提高黑碳光学特性计算的准确性,这对于降低黑碳辐射强迫模拟结果的不确定性至关重要。 
基于光瞳二分割及Wollaston棱镜角剪切、Savart板横向剪切干涉的原理,提出一种同时获取图像、偏振态及光谱信息的新技术.装置没有任何机械运动部件和电调谐器件,在单一面阵探测器的四个分区同时获得四种线偏振态的干涉图(两幅差分偏振光谱图),系统工作在推扫模式.在详细论述装置组成的基础上,从系统成像的原理出发,深入分析了系统中棱镜主截面方位角的相互位置关系对输出光强的影响,并对系统参数进行了优化,推导出干涉条纹强度分布的表达式,并利用计算机数值仿真,验证了方案的准确性和可行性.为新型成像光谱仪的设计和工程化应用提供了重要的理论依据和实践指导.
本文介绍了一种基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的静态、紧凑型、高通量差分偏振干涉成像光谱技术.其显著特点是无运动部件,可同时获取目标正交偏振组分的干涉图和二维空间图像.干涉图经傅里叶变换和图像融合算法可得到正交偏振组分的偏振光谱图像,正交偏振光谱图像之和等效于传统强度光谱图像,正交偏振光谱图像之差称为差分偏振光谱图像.高对比度的差分偏振光谱不仅能刻画目标详细的表面形貌、纹理和结构信息,还可反演弹性散射粒子的尺度、浓度和折射率等信息.文中描述了差分偏振干涉成像光谱仪的原理结构,给出了干涉强度分布规律表达式,分析了完整干涉图和二维空间图像的数据获取模式.利用杨氏干涉模型对光通过Savart偏光镜后形成干涉直条纹的近轴关系进行了深入分析.利用光场衍射理论确定了光谱仪中准直透镜和成像透镜实现紧凑化的结构关系.计算机仿真模拟验证了方案的可行性.为偏振成像光谱仪的发展提供了一种新思路.
本工作将介绍一项具有重大科学和实际意义的深空探测任务,这项任务的顺利实施将允许我们在一个前所未有的近距离上以遥感和实地探测手段相结合的方式观测和研究一颗恒星的磁活动以及磁重联区域.首先,我们将首次直接进入太阳风暴的核心能量释放区——磁重联电流片内部,对其中的磁场耗散、能量转换、带电粒子加速等重要过程的细节进行精细实地测量和研究.其次,我们将对太阳风暴,即日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)的物质成分和内部结构进行直接探测,帮助我们深入研究和了解CME的爆发机制和其中的物质来源;实地探测快CME前面的快模激波,被磁重联和CME激波加速的带电粒子及其所产生的电磁辐射.第三,我们将在离开太阳5-10个太阳半径的距离上直接测量日冕磁场-太阳活动的能量来源.第四,利用成像和光谱观测手段,我们能够近距离地观测和研究太阳高层大气中的动力学过程.目前在地球附近对日冕常规观测的分辨率在1.5′′,甚至更差,而通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5-30倍,将为我们提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让我们在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解距离我们最近、对我们最重要的恒星,从而解决太阳爆发和日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.这也将使我们获得唯一的、能够对发生在恒星大气中的磁重联过程进行直接或者是抵近探测的机会!
为了精确计算束流在离子光学系统中的传输,用Visual FORTRAN 6．5语言编写了一个计算程序,长约13000行．此程序可以计算由三圆筒单透镜、三膜片单透镜、双元筒透镜、均匀场静电加速管、磁四极透镜、六极磁铁、静电四极透镜、偏转磁铁、螺线管透镜、ExB正交电磁场分析器、静电偏转器、漂浮管、QWR,(Quarter Wave Resonators)和SLR(Split Loop Resonators)射频加速元件等元件任意组成的离子光学系统．粒子轨迹的计算可精确到三级近似．粒子的分布类型也可以有多种选择．程序具有最优化计算功能,即可以自动调整元件的参数,以实现所需要的光学条件．各元件之后的横向和纵向相图以及系统的束流包络线以图形方式显示在屏幕上．
针对Offner型成像光谱仪结构特点,总结了其前置望远系统的选型及设计原则;介绍了一种大视场、长焦距、像方远心离轴三反光学系统的设计方法;利用该方法优化设计了一款焦距800 mm,视场达8.6°×0.148°,工作波段0.9~5μm的星载Offner型成像光谱仪的前置望远光学系统。对其性能分析表明,在Nyquist频率16.7 lp/mm处,各谱段的调制传递函数值均在0.65以上,接近衍射极限,完全满足成像质量要求。同时证明了该设计方法可行,所设计系统结构紧凑,较易加工,适于空间遥感用Offner型成像光谱仪。
介绍了我国首次绕月探测嫦娥一号卫星的主载荷CCD立体相机与干涉成像光谱仪的原理、设计思想、技术措施与特色、设计结果以及在轨图像质量评估与检测.CCD立体相机采用一个广角物镜加一块面阵CCD的独特技术方案,从而使立体相机具有结构紧凑、小型轻量、配准精度高、航天环境适应性强等优点.4种曝光时间与4种电子学增益共16组合,可以实现同轨不同纬度的曝光量调整.干涉成像光谱仪采用了大比尺缩小的图像传递、2×2像元合并、矩形孔径光阑、2种曝光时间与3种电子学增益共6种组合的在轨曝光量调整等技术措施.在轨运行表明,各项技术措施有效,达到了预期目标.
阐述了基于相位差法(PD)的波前误差传感技术的基本原理,针对该方法的优化目标函数非线性度较高等特点,提出了基于遗传算法(GA)的改进相位差法。对遗传算法的基本特点进行了分析,遗传算法因其高效、并行和全局搜索等特性,非常适合对相位差法的全局寻优。建立了由三个子镜组成的稀疏孔径系统,给各子镜加入不同的活塞光程差,分析了其优化目标函数的变化情况,并采用遗传算法对该函数进行了全局寻优。通过实验模拟结果表明,遗传算法可寻得系统的全局最优值,其所寻得的活塞误差估计值与真实活塞光程差的均方根(RMS)可以达到0.04λ,具有较高的传感精度。
利用稳健控制理论优秀的处理控制系统不确定性扰动问题的能力,将稳健控制方法应用于自适应光学系统中控制器的设计是自适应光学领域一个新的发展方向,国外已开展了大量研究工作,国内相关研究还处于起步阶段。为更好地促进稳健控制在自适应光学中的研究与应用,对现有的研究成果进行了梳理和回顾。简单介绍了稳健控制的基本概念和实质,概述了国内外对自适应光学系统中稳健控制的研究和应用发展现状。总结了现有研究成果,讨论了自适应光学系统中常用的几种稳健控制方法以及常见的几个基本问题,并对未来稳健控制在自适应光学中的发展和研究进行了预测和展望。 
介绍了删除卷积码的定义,根据删除卷积码与源卷积码之间的关系,构建了删除卷积码识别的数学模型,针对Walsh-Hadamard变换在删除卷积码校验矩阵识别中存在运算量和数据量过大的问题,对校验矩阵方程组进行了变形,提出部分Walsh-Hadamard变换(PWHT),有效地识别出校验矩阵,并在此基础上识别源码的生成矩阵和删除模式,进行仿真实验。结果表明在误码率为0.03的情况下,识别概率达到99.8%以上。
光学自由曲面元件如离轴非球面等在现代光学系统中起到了越来越重要的作用。计算全息元件(CGH)可产生任意形状的波前,能够很好地应用在光学自由曲面的零位补偿干涉测量中。针对一离轴椭球面为测量样品,以光学计量领域比较成熟的Offner补偿器法,测量离轴非球面母镜的面形偏差,进而获得离轴椭球面的面形偏差;再将离轴椭球面通过旋转平移,作为自由曲面元件,在平面基板上设计CGH对其进行零位补偿测量,研究零位补偿CGH的误差传递数据。通过主要原理误差分析与计算,在光学熔石英平面基底上制作零位补偿CGH,测量不确定度达到λ/10[峰谷(PV)值,λ=0.6328μm],满足光学自由曲面元件的高精度检测要求。
随着网络技术的不断发展以及在教学管理工作中的应用,在高校建立实验报告管理系统就显的十分必要。讨论了基于J2EE平台的实验报告管理系统的设计和实现。此系统设计采用B/W/L/E的结构及模式-视图-控制器的设计模式。系统界面友好、性能优良、通用性和安全性都很好。系统的运用将减轻教学管理工作的负担,提高教学管理工作效率。
NVIDIA在其GPU平台上开发的FFT库CUFFT经过几次升级,但在二维FFT实现上效率还有提升空间,而且对于特定不能与上下文的计算融合,导致多次对Global memory的访问。本文分析合并内存访问事务大小与占用率之间的关系,优化使用GPU存储器资源,对小数据量2次幂二维复数FFT在GPU上的实现进行改进,加速比最高达到CUFFT 6.5的1.27倍。利用实数FFT结果的共轭对称性,算法的效率比复数FFT算法运算量降低了40%。最后将FFT的改进应用到光学传递函数(OTF)的计算中,采用Kernel融合的方法,使得OTF的计算效率比CUFFT计算方法提高了1.5倍。
研究了一种基于快速物理光学法(FPO)计算太赫兹(THz)波段目标雷达散射截面(RCS)的方法。将目标散射体分解成若干个子区域,经相位补偿后计算出每个子区域的散射特性,经过插值、相位恢复和聚合得到整个散射体的散射特性,并对FPO在THz波段的应用进行了讨论。仿真结果表明:利用FPO法计算THz目标的RCS,能够在保证准确性的前提下,大大提高计算效率,节省计算时间。该研究对于THz波段的快速目标识别和成像有着重要的意义。 
为了提高天基空间目标光学散射特性的计算精度,提出了一种天基空间目标光学散射特性的精确建模与验证方法。综合考虑目标的背景辐射环境、表面材料属性、几何结构尺寸、运行轨道要素等因素,通过有限元分析和矢量坐标变换,利用双向反射分布函数建立了目标光学散射特性的数学模型。基于目标光学散射特性测量平台,进行了低温真空环境下目标光学散射特性数学模型的实验验证。结果表明,目标散射辐照度的理论建模结果与实验测量结果基本一致,均方误差优于9.57%。实验结果验证了建模方法的正确性。
针对普通滤光片通常采用不多于3片组合方式,不能满足特殊测量范围要求的情况,利用单轴晶体的双折射效应及偏光干涉原理来研究双折射滤光片的滤光原理及其参数特性,在综合考虑各种参数的前提下,应用近似理论条件,研究设计了4片组合的石英晶体双折射滤光片,分析了设计滤光片所需要的各个参数,给出了4片组合双折射滤光片的透射曲线。此双折射滤光片的透射光谱具有透射带宽得到很大压窄、次峰的透过率被抑制在8%以下等特点。当它被用在脉冲激光器中时,具有550nm至1200nm的宽调谐范围。可以知道,设计滤光片的关键是各个参数的选取,利用法布里-珀罗干涉仪可以压窄光谱线宽。
单层校正自适应光学系统只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,多层共轭自适应光学技术可以突破这种限制。介绍了层向多层共轭自适应光学系统基本结构及工作原理,研究了层向多层共轭自适应光学系统的模拟,内容包括:如何产生动态大气湍流波前数据、基于四棱锥波前传感器的波前复原算法、基于模式法的变形镜闭环校正控制过程等。对单层和两层的层向共轭自适应光学系统进行了模拟仿真,仿真结果表明:层向多层共轭自适应光学系统采用了更多的导星来校正两层大气湍流,比单层校正自适应光学系统具有更大的校正视场和更好的校正效果。
提出了一种基于强度关联成像的新型三维衍射层析技术。利用强度关联成像技术(鬼成像)可实现无透镜傅里叶变换的特点,并结合衍射层析技术和二步相位恢复算法,使用波长为650nm的赝热光实现了强度关联三维衍射层析。详细描述了强度关联三维衍射层析的基本原理以及具体实验结果,为在第三代同步辐射光源实现非相干X光衍射成像积累了经验。
本文研究肺肿瘤组织中雌激素受体（ＥＲ）和孕激素受体（ＰＲ）的水平。小鼠注射乌拉坦和已烯雌酚诱导肺肿瘤，采用免疫组化方法测定肺肿瘤中的ＥＲ、ＰＲ。乌拉坦和已烯雌酚联合诱导的肺恶性肿瘤的ＥＲ、ＰＲ阳性率比单纯乌拉坦诱导的为高，说明已烯酚可能可提高癌组织性激素受体含量。ＥＲ阳性率与恶性肿瘤大小有关，但与良性肿瘤大小无关；ＰＲ阳性率与良、恶性肿瘤大小均无关。恶性肿瘤的ＥＲ、ＰＲ阳性率（分别为４６３％和５２５％）显著高于良性肿瘤（分别为１８８％和２０２％）。良性肿瘤ＥＲ、ＰＲ同时阳性率为１１６％，同时阴性率为７２５％；恶性肿瘤ＥＲ、ＰＲ同时阳性率为３１３％，同时阴性率为３２５％。结果提示肺肿瘤可能为性激素依赖性肿瘤，并为肺癌的临床内分泌治疗提供依据
针对柔性机械臂的振动问题 ,采用压电智能结构作为敏感器和驱动器进行主动控制 .首先建立柔性机械臂的实验装置 ,其次对设计的柔性机械臂系统进行辨识研究 ,得到系统的前二阶模态频率 ,再次采用PD控制和PPF控制算法对柔性机械臂进行主动振动控制 .实验结果表明 ,采用压电智能结构可以抑制柔性机械臂的振动 ,效果明显 .
把信息熵应用于成像系统中,用端到端的互信息评价图像成像系统,研究成像系统的干扰设计方法。模拟系统设计参数,计算机仿真分析了三种性质的干扰对成像系统的影响,做出了基于互信息量的干扰效果仿真曲线。这对于光电对抗装备的研制、开发和效能评估具有一定的参考价值。
在自适应光学系统设计和搭建过程中,一个关键的设计考虑因素就是倾斜镜的带宽,即Tyler频率。提出了一种根据实测的湍流整体倾斜功率谱直接计算Tyler频率的方法。首先利用Shack-Hartmann波前探测器,测量了水平湍流倾斜像差的功率谱,然后以一个衍射角为截止均方根残差,确定出Tyler频率。在实验所处的湍流条件下,水平湍流倾斜功率谱在高频部分与频率的-2次方成正比,与理论预言的-11/3次方成正比存在差异。还获得了Tyler频率的昼夜变化规律:在夜晚和清晨,水平湍流的Tyler频率变化缓慢,在实验所处的湍流条件下其值一般小于4Hz;在白天波动剧烈,实验测得其值最大可达到约20Hz。因此,对处于该湍流条件下的自适应光学系统,其倾斜镜的带宽需达到20Hz以上。
油中溶解气体是表征充油型变压器早期故障的重要特征量之一,其组分和含量的高精度检测在变压器运行状态评估和故障预警中拥有重要的研究意义。光声痕量气体检测技术作为一种光学检测手段,具有无损、高检测灵敏度、大动态范围和样品无需前处理等优点,有望实现多种变压器油溶解气体的在线检测。基于傅里叶变换红外光谱仪,结合高精度T型共振光声池,建立傅里叶变换红外光声光谱检测系统,选用CO和CH作为气体样品,开展多种变压油中溶解气体定量检测研究。所设计的T型共振光声池主要由相互垂直的吸收腔和共振腔构成,声探测器位于共振腔顶端远离入射光路,避免了杂散光引起的噪声对光声信号的干扰。光声池的共振频率主要由共振腔决定,共振腔与入射光路垂直,其长度不受水平面的狭窄空间的影响,故可在有限的尺寸下实现低频共振,满足光谱仪样品空间需求。实验选用380μL·L CO∶1 000μL·L CH∶N的混合气体作为待测样品,应用光谱仪中的宽谱光源,选用6 cm空间分辨率,采集并分析该气体样品的红外光声谱。所有气体吸收峰清晰可见,说明该方法可完成多种气体的同时检测。在常温常压条件下, 2 349 cm入射光能量仅为12.6μW时, CO气体的检测精度为4μL·L,满足国家电网公司企业标准（Q/GDW 536—2010）变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范中在线监测装置技术指标对CO气体最低监测极限值的要求; 1 360 cm入射光能量为30μW时, CH气体在的检测精度为5μL·L,达到中华人民共和国电力行业标准变压器油中溶解气体分析和判断导则（DL/T 722—2014）中对运行中220 kV及以下的变压器和电抗器设备油中溶解气体含量CH含量上限的限定。实验结果表明基于T增强型光声池气体检测系统结合了傅里叶红外光谱的广谱特性和光声气体检测技术的高灵敏度,可实现多种变压器油中溶解气体的高精度定量检测,有望为变压器运行状态监测和故障类型分析评估提供理论依据。
近场是指局域在物体表面附近亚波长范围内的空间区域。倏逝波存在于近场区域,可利用其与物质的相互作用特性对位于近场区域的某些介质样品进行高分辨率成像,及对样品物性变化进行高灵敏度测量,其中,基于全内反射和表面等离子体共振的近场成像与测量方法已在许多领域获得广泛应用。将数字全息术与这类近场测量方法相结合,可进一步有效解决自近场区域反射光波的相位分布的高精度全场动态测量问题。重点介绍基于全内反射数字全息术和表面等离子体共振全息显微术的近场成像方法与测量应用研究进展。
开展了强度关联成像领域中对于运动目标成像的研究,为了克服目标与系统之间的相对运动引起的图像退化问题,提出了基于参考臂探测器记录的光场强度分布平移补偿进而提高运动目标强度关联成像分辨率的方案。理论和实验结果表明:通过对参考臂探测器记录的光场强度分布进行平移补偿,利用强度关联成像技术仍然可以获取运动目标的高分辨率图像。针对强度关联线性重构和稀疏约束非线性重构算法,分别讨论了遥感探测应用过程中探测噪声对运动目标强度关联成像重构质量的影响。此外,比较了所述技术与现有去运动模糊技术的优缺点。
为实时恢复天文或空间目标的湍流退化成像,提出一种适应大气湍流动态变化的多通道自适应光学图像恢复方法.以自适应光学校正后不同时刻的目标成像作为多个通道,建立求解系统点扩散函数的线性方程,根据解出的点扩散函数利用超拉普拉斯算法,求解待观测目标的估计值.结果表明:不同时刻的点扩散函数之间存在互质关系,满足多通道盲识别的理论要求.利用建立的线性方程求解出的点扩散函数与原点扩散函数的均方误差在10-30～10-27量级,采用超拉普拉斯算法恢复出的目标成像与原始目标之间的均方误差在10-5～10-4量级.本文研究为湍流退化图像的实时恢复提供了理论基础. 
研制了一台用于托卡马克等离子体中阿尔芬波研究的AWH-2射频发射机.针对负载等离子体参数随时间变化的特点,着重解决了频率稳定性问题,并采用输出变压嚣和T 型LC 网络相结合的方法较好地解决了发射机与天线的阻抗匹配问题.
基于对光纤中抽运光束和斯托克斯光束的偏振态控制,提出了一种提高受激布里渊散射(SBS)慢光稳定性的实验方案。通过在保偏光纤两端分别熔接保偏光环行器(快轴阻塞)组成一个慢光单元,确保了光纤中抽运光束和斯托克斯光束具有一致的偏振态(沿保偏光纤慢轴)。建立了基于此慢光单元的SBS慢光实验研究系统,对脉宽为38ns的高斯脉冲获得了0.87ns/dB的时间延迟;相对于不加偏振控管的单模石英光纤而言,该慢光单元系统的布里渊增益因子提高了3倍。研究表明:该方案能有效地提高SBS效应和SBS慢光时延的稳定性。
针对空间机械臂辅助大质量舱体对接任务中,由于大臂展机械臂柔性、控制误差、机械误差等因素,导致末端位置精度差、对接机构偏离对中位带来的对接困难的问题,提出采用阻抗控制的方法。分析了对接任务中的模拟对接机构的特性,发现其受到的碰撞力与对中位姿偏离方向具有一致性,验证了阻抗控制算法的可行性;针对六维力传感器安装位置距离对接机构较远、惯性力影响严重的问题,提出了六维力信号补偿算法,保证了阻抗控制计算的正确性;进行了仿真实验,结果表明采用阻抗控制算法能在保证对接成功的前提下,有效减小接触力大小。
单幅图像的噪声估计对于评价图像以及光学成像系统质量非常重要。提出了一种基于RGB三通道噪声散点统计累计的无参考型图像噪声水平估计方法。图像经过对比敏感函数滤波(CSF),以获取符合人眼观察的图像。图像被分水岭法分割成不同内容区域子块,并对各子块区域进行仿射重建以实现无噪图像的估计。通过含噪图像与无噪估计图像的比较,求取子块的强度与噪声对,获得RGB三通道的强度噪声对散点图。通过对噪声统计累计值的分析,实现噪声水平的估计。实验采用了通用数据库对所提方法进行了测试,并与其他方法进行了对比分析,实验数据表明,本文方法在噪声估计上实现了主客观评价的一致。
针对室内的目标搜寻问题,开发研制了一套使用Android手机作为主要处理设备、可远程操控和使用语音控制的机器人系统.介绍了该系统的结构组成,提出了一套基于人工路标的导航方案.该方案应用QR码作为人工路标引导机器人运动到指定区域,然后识别出目标位置,最后通过判断目标区域面积是否达到阈值的方法停在目标附近位置,基于有限状态机实现机器人的模式切换.对目标检测和人工路标识别分别进行了实验,结果验证了该方案的有效性和实用性.
分析了傅里叶望远镜接收信号,结果表明,接收信号中不仅包含了被测目标的图像信息,还包含了目标的二维速度矢量信息。通过提取接收周期信号的频率可以推算出目标各分量的速度,从而得到二维速度矢量。信号频率的提取采用快速傅里叶变换分析进行频率粗估计,频率精确校正采用加Hanning窗的比值校正法。仿真了利用傅里叶望远镜测量导弹飞行速度。结果表明:在无噪声影响下,利用该方法获取的目标速度几乎无误差;存在噪声时,若接收信噪比高于5dB,测量的目标速度精度高于0.02%。说明从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法精度高、抗噪性好,理论上是可行的。
本文介绍了胎鼠唾液腺体外培养方法，主要就胎鼠唾液腺培养的方法、终点的选择及其评价以及在发育毒性体外研究中的应用等问题进行阐述。这一新型的器官培养方法具有操作简单、快速以及观察终点明确等优点，并涉及较为全面的细胞发育生物学过程，在发育毒物筛选以及发育毒物毒作用机制的研究等发育毒性体外研究中有着较好的应用前景
把系统的输出能量提升,改善输出激光的远场能量分布,实现激光装置功率的提升。激光在传输环节,受到各类因素的影响,系统输出激光的波之前会产生畸变,因此,要采用自适应光学系统,提升激光的功率。
设计了结合生产线的视觉检测实验系统。首先分析了视觉检测实验系统的构成因素;然后分析了如何构建面向生产线的视觉检测系统的思路与步骤;最后,以药品生产线瓶盖缝隙自动检测设计为例,探讨了构建视觉检测实验系统过程中的一些问题,给出了具体的设计方案与结果。实践效果表明,该设计实验使教学贴近实际应用而提升了学生的学习兴趣,加深了理论知识的理解,锻炼了学生解决工程问题的能力,取得了满意的教学效果。
对传统的基于图像处理技术自动报靶系统进行分析,针对传统靶面环线识别比较困难的缺点,提出了一种新的基于点控制的自动报靶系统.该系统采用具有已知半径的点作为靶面图像的控制点,降低了系统对图像质量的要求,采用简单的阈值即可实现点的分割,大大减小了图像的预处理工作.针对点控制,提出了距离加权平均法来计算靶教,避免了繁琐的图像几何校正工作,同时保证了报靶精度.
磁共振系统梯度线圈设计是一个多目标优化问题,在设计时需要综合考虑能耗、磁场能、线性度等设计要求.这些设计要求通常难以同时获得极小解,因此在设计梯度线圈时需要权衡线圈的各方面的设计需求.本文基于柱面可展性和流函数设计方法,结合Pareto优化方法实现了在超椭圆柱设计表面上梯度线圈的多目标设计.分别分析了磁场能、能耗目标对梯度线圈线性度、线圈构型的影响;并在Pareto解空间中分析各目标的相互变化关系,通过数值算例验证了该方法在超椭梯度线圈设计时的有效性与灵活性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%,能耗与磁场能分别小于用户设定值的设计约束下,梯度线圈的多目标设计存在多个局部优化解.该方法可以直观地比较相同目标函数值的情况下各单目标的具体表现,有利于实现不同的设计要求下梯度线圈的最终定型设计.
光动力疗法(PDT)是一种联合利用治疗光源、光敏剂和氧分子,选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的精准靶向疗法。光源作为PDT治疗的关键要素之一,其发光波长、照光方式和剂量直接影响疗效。本文详细介绍了太阳光、近红外光、X射线、在体发光和发光二极管等5种PDT光源的研究新进展,并分析了这五种治疗光源在生物组织穿透深度上的不同特性以及所存在的不足。随后,重点讨论了以提高PDT治疗精度为目标的体表照光和体内照光等两种个性化照光模式。研发操作简便、价格低廉、性能优异的新型PDT光源是未来的发展方向。 
本文报道最近在KT-5B托卡马克装置上进行Alfven波激发特性研究的实验结果。结果表明:Alfven波存在比较宽的激发区域,耦合强度随等离子体电流、纵向磁场的上升而增强。观测到温度阈值效应,并初步得到表面静电波的实验证据。
嫦娥三号全景相机具有彩色成像模式,在发射前需先进行彩色定标,样本真值的获取是彩色定标的前提。传统方法获取的颜色真值在色差值和视觉感知上都与实际值存在明显的偏差。若直接采用该颜色值作为真值进行彩色定标,影响定标后的色差大小和定标校正后颜色的人眼视觉感知效果。为探索更好的颜色真值获取方法,利用实验室内测得的D65定标光源的相对光谱功率分布,重新定义了转换矩阵中的白点坐标,然后基于CIE颜色计算公式,根据格拉斯曼颜色混合定律,对XYZ与sRGB颜色空间之间的转换矩阵进行了修正,提高了样本真值获取的准确度。另外利用修正后的转换矩阵对sRGB空间的三刺激值曲线进行了重新计算,对标准转换值偏离实际值的原因进行了分析。通过地面试验验证,相对于传统样本真值获取方法,利用该真值获取方法定标后A,B两相机的色差值分别降低了0.8和0.73;定标矩阵校正在轨图像时,色差分别降低了26.50%和34.47%,且校正后的颜色与人眼的视觉感知效果更接近。
探讨漂浮基双柔臂空间机器人存在关节力矩输出死区与外部干扰时的姿态角度运动跟踪及柔性抑振的控制问题。引入含有刚性运动与柔性模态的混合轨迹概念,提出基于运动、振动一体化的积分滑模神经网络自适应控制方案。此方案的优点是不但通过补偿项消除了死区斜率与边界参数不确定及最优逼近误差上确界未知的影响,确保了刚性运动的鲁棒性,而且能同时主动地抑制两臂杆的柔性振动,从而提高轨迹跟踪性能。仿真算例结果表明方案能有效地实现运动、振动一体化控制。
为了解决非球面光路计算复杂的问题,在对现有光路计算方法进行分析的基础上,给出了基于辅助曲面的步进-二分法。对实际光学系统的光路计算表明,该方法不仅计算速度快,而且可消除光路计算过程中可能出现的光线"溢出"和"伪交点"现象。也适用于球面镜和平面镜的光路计算。
综述了已有散射介质超衍射极限聚焦和成像技术的研究现状及进展。首先介绍了这一领域的研究背景及意义,以及已有超衍射极限成像技术的发展现状;然后给出了应用于超衍射极限成像的散射介质定义;其次分析了时间反演技术在声学、微波领域聚焦上的应用,介绍了时间反演法在光学领域超衍射极限聚焦应用中的实现方法,总结了散射介质加入到光学系统中的作用,分析了利用反馈控制调节和光学相位共轭方法进行散射介质超衍射极限聚焦方法的特点;讨论了基于空域和空频域传输矩阵测量的散射介质宽场成像方法及在该目的下的散射介质制备方法;最后给出了散射介质光学超衍射极限成像技术研究前景及展望。
航空光学成像与测量技术具有高时效、低成本、高分辨、易判读等突出优势。作为一种不可或缺的光学遥感手段得到了广泛地应用。由于受到航空飞行的影响,光学载荷需要在有限的体积、重量和功耗约束下解决气动力(矩)干扰、振动、温度和气压的急剧变化等问题,从而获得更加清晰的光学影像和更精确的测量结果。面对本领域对航空光学成像与测量的新技术、新方法、新理论的需求,组织了航空光学成像与测量专题,在精密光学、精密机械、精确控制以及图像处理等方面介绍了一批优秀的研究成果。从理论引领和工程参考价值的角度,推动相关研究的进一步发展。
空间机械臂辅助舱段对接过程中存在测量与控制误差,易导致对接机构间存在较大接触力,传统FMA(Force Moment Accommodation)控制方法在测量接触力时无法消除大负载惯性力对测量的影响,且测量仪器的引入会进一步降低空间柔性机械臂的刚度。为此,文章提出了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制方法,采用拉格朗日法推导了空间机械臂的关节输入力矩方程作为前馈输入,建立了含动力学前馈的空间机械臂阻抗控制程序,并以在商业软件ADAMS中建立的空间柔性机械臂与对接舱段组成的系统的动力学模型作为控制对象,对系统进行ADAMS-Matlab联合仿真。仿真结果表明,按照此控制方法,系统可克服外力干扰使目标解析点按照期望的方式运动;同时,通过测量机械臂关节运动参数即可实现对外力的准确感知,而不需额外添加力传感器,既消除了大负载惯性力对测量的影响,也不会导致柔性机械臂刚度的降低。
本文从对学习理论和 CAJ 教学原则的讨论入手,探讨了超媒体课件写作系统设计中应考虑的若干因素和设计依据,从而归纳出 CAI 课件应具有的功能,最后提出可实现这些功能的一种系统结构。
哈特曼波前探测器作为一种波前位相测量器件,凭借其优越的性能,被广泛的应用于自适应光学、主动光学、图像复原等领域。而1998年相关哈特曼波前探测器的提出及成功应用使太阳自适应光学系统走向实用化,并推动了对地面景物或空间扩展目标的波前探测工作的开展。而对基于扩展目标的畸变波前探测,扩展目标本身的对比度,内容分布位置等因素均会影响相关哈特曼波前探测器的探测精度。为了提高相关哈特曼波前探测器在基于扩展目标的波前探测工作中的性能,本文开展了如下研究,并取得一系列研究成果。相关哈特曼波前探测器通过计算子孔径图像与参考图像的互相关函数的峰值来估计子孔径图像的偏移,当扩展目标的对比度较低时,基于子孔径图像间灰度值乘积之和的互相关函数值将不再能精确地反映图像间的相似性,用其来估计子孔径图像偏移量误差较大。针对这个问题,提出了对参考子孔径图像进行伽马变换处理的子孔径偏移量探测算法。在仿真分析中,说明了针对目标特点应用合适伽马值的伽马变换相关算法,能大幅提升子孔径偏移量探测精度,对于RMS=6.86的太阳黑子类低对比度扩展目标,应用γ<1的伽马变换相关算法最高可以使子孔径偏移量探测误差降低88.12%;而最佳伽马值的选择会受到子孔径分辨率的影响,随着子孔径分辨率的降低,通过改变伽马值提升算法偏移量探测精度的效果越有限;伽马变换相关算法抗噪能力较弱,对于PSNR=43dB的中等信噪比子孔径图像,应用其会使得偏移量探测误差增加,而此时利用高信噪比图像作为参考图像可使算法的波前探测结果达到与高信噪比时相同的精度。在波前重构实验中,对特征部分最亮背景部分较暗的子孔径图像应用γ=1.5的伽马变换相关算法,使重构误差减小22.86%,实验验证了针对目标特点,选择合适伽马值的伽马变换相关算法能提升偏移量探测精度。利用FFT来实现子孔径图像间互相关的计算是目前普遍应用的方法,但其需要将有限图像周期延拓成无限图像,使得其相关值反映的实际上是参考图像和周期延拓的待测子孔径图像间的相似度,当扩展目标的特征接壤视场边缘时,偏移量探测误差会非常大。针对这个问题,提出了利用梯度图像进行互相关运算的子孔径偏移量探测算法,通过单个子孔径图像偏移量探测和畸变波前重构仿真,说明了应用梯度互相关算法可以使偏移量探测精度达到较高的水平,并能消除由边缘效应导致的波前重构误差项;在波前探测实验中,验证了梯度互相关算法能提升对特征接壤视场边缘的扩展目标的波前探测精度,平均可以使波前重构残差减少28.1%;通过液晶自适应光学校正成像实验,说明了梯度互相关算法的应用可以提升系统的成像分辨率。本研究得到的成果提升了相关哈特曼波前探测器的探测能力,使相关哈特曼波前探测器用于多种扩展目标的波前探测均有优良表现,拓宽了基于扩展的相关哈特曼波前探测器的应用范围。
一种全光纤环形腔主动调Q激光器，其泵浦源、光纤波分复用器、增益光纤、声光调制器、光纤耦合输出器依次首尾相接成全光纤环形腔结构。 An all-fiber ring laser cavity actively Q, its pump source, optical wavelength division multiplexer, gain fiber, acousto-optic modulators, optical fiber coupled output is end to end in order to fulfill fiber ring structure. 光纤波分复用器的两输入端分别为980nm与1060nm端，光纤波分复用器的980nm端与泵浦源的输出端相接；光纤耦合输出器的95.03端与光纤波分复用器的1060nm端连接，光纤耦合输出器的4.97端为激光输出端。 Two input end of the fiber WDM respectively 980nm and 1060nm, output, the 980nm wavelength division multiplexing optical fiber end in contact with the pump source; 95.03 the end of the fiber-coupled output fiber WDM The 1060nm end, 4.97 end of the fiber-coupled output the laser output. 本发明解决了背景技术中稳定性差、重复频率不可调的技术问题。 The present invention solves the background art poor stability, repetition frequency is not adjustable technical problems. 本发明结构紧凑、体积小，各个光器件连接损耗非常小，激光光束质量好，调节、维护简便。 Compact in structure, small size, each optical device connection loss is very small, good beam quality, adjust, easy to maintain.
高亮度的辐照热光源一定程度上限制了基于经典热光场的强度关联量子成像技术的实验研究和广泛应用。因为一般热光源相干时间极短,且每个相干元胞内光子数少(亮度低),而采用激光照射旋转毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光场可以解决上述问题。当采用的是纳秒脉冲激光时,得到的赝热光场除了能极大程度地模拟真实热光场的热涨落,光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布以外,另一个最重要的特性是光场涨落的测量不受光电探测系统有限通频带的限制,即使是慢响应探测电路,也能准确地记录光场抖动,即该光场符合交叉谱纯条件。
背景抑制是小目标检测的基础.传统的形态学单一结构元素,对云杂波背景滤波常留下强云层边缘,增加了后续处理的复杂程度.针对这一问题,在分析云层边缘形状和结构元素选择方法的基础上.构造与云层边缘相关的多结构元素.并用基于多结构元素的小目标检测算法,对云杂波背景图像仿真,仿真结果表明,该算法对云杂波背景抑制效果好,提高图像的信噪比,有效检测出小目标.
大多数研究者在空间机械臂动力学建模时,只考虑了关节柔性或者臂杆柔性,并且通常采用假设模态法对臂杆的变形进行描述,但该方法仅适用于小变形情况.基于这种情况,采用自然坐标法对柔性关节进行建模和绝对节点坐标法对柔性臂杆进行建模,得到了既包含关节柔性又包含臂杆柔性的空间机械臂动力学方程,并能精确地描述臂杆的小变形以及大变形.利用5次多项式对关节轨迹进行规划,通过逆动力学得到关节的前馈驱动力矩;采用PID控制策略,作为反馈输入.在二连杆柔性关节柔性杆机械臂上进行数值仿真.仿真结果表明:该控制策略在实现关节轨迹跟踪控制的同时,也能有效减弱机械臂的振动.
计算成像技术(CIT)是一类有别于传统光学成像"所见即所得"的信息获取和处理方式的新体制成像方式。随着新型光电器件的发展和硬件计算能力的提升,计算成像技术在光电成像领域呈现出蓬勃发展的趋势。计算成像技术通过对光场信息进行采集和计算,达到传统成像无法企及的信息利用率和解译度,满足"更高(分辨率)、更远(探测距离)、更大(光学视场)"的光电成像需求。从成像全链路的信息获取与丢失过程出发,通过透过散射介质成像、偏振成像及仿生成像等几种典型的计算成像方式对光场多物理量信息获取和解译进行分析,详细介绍了计算成像技术的方法原理及实现途径。根据成像技术的发展趋势,前瞻性地提出了计算光学系统设计和超大口径望远镜的设计思想。计算成像技术在提高成像分辨率、扩大探测距离、增大成像视场及减小光学系统体积和功耗等方面具有明显的优势,有望穿透云雾、活体生物组织等实现更远距离、更大深度的成像,应用前景广阔。
超短激光脉冲驱动等离子体光丝产生太赫兹辐射的研究对于揭示太赫兹产生的微观机理以及太赫兹源的发展和应用有重要的基础意义。系统介绍了包括载波包络稳定的红外周期量级激光脉冲的产生、基于周期量级激光强场驱动等离子体光丝产生太赫兹辐射的机理、等离子体光丝中周期量级光场的传输、波形可控太赫兹辐射的产生及其在载波包络相位测量技术上的应用等方面的最新进展。 
为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用
利用激光探测微多普勒效应可以精确估计微动参数,有利于实现目标的准确分类和精细识别.运动目标的微多普勒效应是一种由多项式相位信号模型与正弦调频模型组成的混合信号.对于这类混合信号中的微动参数估计目前还未提出有效的方法.对此,本文提出一种基于分数阶傅里叶变换(Fr FT)的平动补偿方法,通过设计对Fr FT参数域的带宽搜索方法,可以从混合信号中精确估计平动参数,实现平动和微动的分离;通过设计静态参数粒子滤波器,从补偿后的信号中准确估计了微动参数;针对静态参数模型,采用马尔可夫-蒙特卡罗方法增加粒子多样性,并利用累积残差定义新的粒子权重计算函数,保证了算法在对多维参数估计时的快速有效收敛,避免了参数分别估计时误差传递的影响.通过仿真分析对比和实验数据,验证了本文所提补偿和参数估计算法的有效性.
阐明了编码孔径相关全息记录和再现的基本原理,介绍了现有记录编码孔径相关全息图的系统与方法,着重分析了成像系统的分辨率及再现像质量,并讨论了该技术目前存在的问题与研究方向。编码孔径相关全息已经在动态三维成像、多光谱成像、自适应光学,以及生物医学、军事等领域中展现出了其应用潜力。
提出了一种新型的用于差分吸收激光雷达中脉冲式光学参量振荡器的种子激光器的频率稳定方法.详细介绍了该稳频方法的工作原理和实验装置,并在理论上对该方法的稳频精度及其影响因素进行了分析.利用该方法,在实验中将种子光激光器稳定在水汽的吸收峰中心(935.6849 nm)处,频率抖动的标准差小于8 MHz.测试了种子注入后的光学参量振荡器输出的脉冲光的频率抖动,测试结果表明,脉冲光频率能够与种子光保持一致,频率抖动的标准差小于28.7 MHz,该稳频结果完全能够满足差分吸收激光雷达的需求.
为了充分利用以往的调查资料和动物分布数据,可以利用GIS技术进行啮齿动物物种多样性信息管理。利用GIS技术,采用县级行政区作为物种的地理分布单元,结合生态环境数据,进行物种地理分布的生境分析,对以往分布资料进行确认,并预测物种的分布范围,获得数字化的物种分布图,在此基础上,建立我国西部干旱地区啮齿动物地理分布的信息管理系统,从而实现啮齿动物分布数据的信息化管理。该系统由数据输入子系统、数据管理和处理子系统、信息输出子系统组成,为数据管理和空间分析提供了有力的保障,并为我国西部干旱地区生物多样性和啮齿动物地理学研究提供极大的便利。
[正文]只要有护理服务活动,就必定存在护理风险,而护理风险一旦发生,则可能导致患者死亡、伤残或功能损害,医护人员身心伤害,医院经济赔偿纠纷、声誉下降或效益下滑等。同时据美国相关调查结果显示,护士的医疗差错、事故、医患冲突的发生率要高于医生及其他人员[1],因此如何识别、评估、科学管理护理风险是减少以上不良事件的有效途径,其中如何认识护理风险是整个护理风险管理工作的基础[2]。1方法采用Walker和Avant的概念分析方法进行分析,主要步
为了消除退化函数随空间变化发生变化模糊图像分块复原法子块之间的不平滑拼接缝,提出了一种结合了基于梯度的振铃评价算法梯度振铃评价(GRM)的总变分(TV)最小化分块复原法。根据图像分布及退化类型将模糊图像划分为矩形、环形或其他形状的子块,图像子块之间要留有一定的重叠区;然后对每一个图像子块进行复原,GRM方法是基于图像梯度结构相似度的图像质量评价算法,以GRM作为TV复原算法迭代过程中的收敛条件,可以更好地控制复原图像的振铃;最后去除复原图像子块含振铃波纹的重叠区,拼接得到完整图像。并以矩形分块及环形分块为例,证明该方法可以很好地抑制图像边界振铃效应,克服分块复原法本身的缺陷,得到拼接平滑的完整图像。
强度关联成像在近几年取得很大的突破,其应用价值越来越明显。以随机涨落的热光作为光源是强度关联成像的前提。目前常使用激光穿过旋转的毛玻璃产生赝热光。鉴于使用毛玻璃产生赝热光的局限性,提出了使用稀疏阵独立子光源产生赝热光,并在这种光源结构下讨论了基于线性关联算法的强度关联成像和基于稀疏约束非线性算法的强度关联成像的异同。
为了解决混合像元问题,发展了一门新的技术——光谱分离技术,线形混合模型是目前应用最成功的方法,但是当应用到月球风化层遥感时,其存在两个内在的缺陷一是由于充分混合引起的非线性,二是纯光谱的不“纯”性.对于第一个缺陷,从Hapke理论出发,充分考虑了数据的特点,大大简化多重散射模型来提高充分混合的线形性,同时降低了原模型计算的复杂度;对于后一个问题,提出用修正线形混合模型来弥补“纯”光谱中的误差.该方法通过Relab数据库中的模拟月壤的光谱数据进行了验证,试验结果表明,这种方法具有很好的性能.
对山东省目前种植和将要推广种植的24个小麦品种的蛋白质组分清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白含量进行了测定,对这些小麦品种的营养品质和加工品质进行了分析,为小麦品质育种和食品加工提供参考。
根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了该成像分辨率的影响因素,说明了仅利用回波时延和强度信息的传统处理方法,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差。通过对激光遥感成像回波信号模型研究和沿飞行路径的多回波信号关系分析,得到了多次回波关系方程组。利用激光光斑子区域划分和多回波方程组求解,从合成回波信号中提取出子区域回波信息。对子区域回波通过波形分解拟合算法得到子区域地表高度分布信息。通过与传统分析方法得到的成像结果相比,证实该分析方法可以有效提高成像分辨率和成像精度。
为了在红外与可见光图像融合中保留更多有效信息,提出一种基于区域显著性分析的融合方法.通过区域分割以及多分辨率对比度分析,获得图像的尺度不变区域显著性图(RSISM).利用RSISM能够有效表达区域的显著性特征,合理区分不同性质的区域;根据RSISM划分显著性区域、背景区域及中间区域,对各区域制定相异融合规则,并在非降采样轮廓波变换(NSCT)变换域上融合双波段图像.实验证明,与传统方法相比,该方法能够更好地保留显著性区域的红外特征及其他区域的细节信息,同时对背景热辐射干扰不敏感,有较好融合效果,并能够拓展应用于动态图像的融合中.
针对求解目标近区电磁散射特性,提出基于物理光学法和面元法计算目标近场雷达截面积(RCS),即采用目标形体构造的面元法建立目标的表面模型,利用物理光学法计算目标近区场上的每单元的散射场,而后对所有单元的散射场矢量求和得到整个目标的散射场和雷达散射截面(RCS)。将目标的RCS计算结果代入引信电路仿真模型获得的目标多普勒信号和引信启动点与实测结果的统计特性一致,证明该方法具有实用性。 
小波变换是一种在强噪声背景下进行信号时频分析的有效方法.使用Haar小波变换对多载波多进制相移键控(MC-MPSK)信号中心频率进行了估计,给出了计算机仿真的结果,并将这种算法的估算结果与改进的克拉美-罗限(MCRB)进行了比较.结果表明,在没有先验知识的情况下,利用Haar小波变换方法可以精确地估计MC-MPSK信号中心频率,而且得到的估计性能受相位噪声的影响不大.
[正文] 各位领导、各位来宾、同志们: 在我国改革开放取得举世瞩目的巨大成就,社会主义市场经济体制正在形成和发展的新形势下,我们今天欢聚一堂,共同纪念《山东农业科学》创刊30周年。首先让我代表《山东农业科学》编委会,向前来参加纪念会的各位领导、各位来宾,以及所有在座的同志们,表示诚挚的欢迎。并向关心、爱护、支持《山东农业科学》的各级领导、广大作者和读者,以及辛勤耕耘在《山东农业科学》的新老编辑,表示衷心的感谢。
丝状真菌广泛应用于工业微生物发酵,其发酵形态的多样性和调控复杂性为业界广泛关注.本文对产黄青霉的形态、调控以及与产量相关性展开研究.通过一种有效菌丝形态图像处理方法,获得菌丝形态特征参数,并应用于产黄青霉的形态动力学分析;以低能离子注入和低温空气等离子体对产黄青霉进行了复合诱变选育,比较产黄青霉形态突变株与原始菌的形态差异,揭示菌丝形态与次级代谢产物合成的相关性;以Ⅲ类几丁质合成酶基因chs4为目的基因,通过RNA干扰构建形态突变株,发现形态突变株菌丝变得粗短、分枝增多,转化株青霉素产量明显高于原始菌,其中PcRNAi1-17和PcRNAi2-1的青霉素产量分别比原始菌提高27%和41%,为产黄青霉形态代谢工程研究奠定了一定的理论基础.
针对嫦娥一号(CE-1)干涉成像光谱仪影像中的条带噪音,通过常用的频域滤波方法和线性插值法进行了干涉成像光谱仪条带去除试验,并提出结合了三阶插值的改进线性插值方法。对噪音点定位后,根据图像中噪音点上下行相应点的数值差别是否超过预设阈值,确定是采用线性插值还是三阶插值算法,修正噪音点像素值。实验结果的均值和标准偏差以及图像质量因子(IQ因子)的比较表明:改进的方法IQ值达到13.9081,而线性插值算法为9.8428,改进的线性插值方法在去除干涉成像光谱仪影像条带噪音方面明显优于线性插值方法。
红外成像过程中常出现条纹非均匀性噪声,基于场景的校正方法可以有效地减少条纹噪声的影响。本文提出了一种基于微分约束条纹非均匀噪声校正方法。首先分析了红外图像条纹非均匀噪声的灰度分布特性,根据图像在水平及竖直方向梯度的差异建模并构造惩罚函数;通过引入权重函数,对惩罚函数进行最优化推导求解得到校正图像。通过真实场景的实验,对校正结果的主客观分析表明本文方法较对比方法有所提升,对于图像的细节和边缘的破坏程度较小,同时本文方法运行更快并实现了硬件化测试。
介绍了星载光电跟踪平台的组成与工作原理,对跟踪关键技术进行了研究。分析了星载光电成像跟踪传感器应用技术,给出了星载平台复合轴跟踪系统的两种设计方法,并提出利用激光成像目标反演技术进行目标识别,为星载光电跟踪平台的设计提供参考。
针对表面高度起伏较大的物体的三维形貌测量问题,提出了一种改进的离轴双波长数字全息测量方法。利用偏振分光原理,将两个波长的物光信息同时记录在一幅全息图上,并借助两个波长的频差形成远大于单一波长的等效波长,从而将数字全息术的纵向测量范围拓展到微米甚至毫米量级范围,有效克服了单波长数字全息术测量形貌起伏较大物体时不可避免的相位去包裹问题。对微米量级高度起伏的台阶状样品形貌进行了实验测量,测量结果与样品标称值及台阶仪测量值具有很好的一致性,证明了该方法的有效性。
反射系统具有体积小、重量轻成像性能优良等特点,在航天遥感中具有重要的应用潜力。分析了基于PW方法的四反射镜系统像差理论,推导了由系统遮拦比和放大率表示的系统初级像差表达式,并给出了四反射镜系统的基本设计过程。设计理论和方法适合于同轴四反射镜系统和离轴四反射镜系统的初始结构设计。基于PW方法的设计理论,设计了空间遥感用同轴四反射镜光学系统和一离轴四反射镜系统。两系统成像质量良好,结构紧凑,筒长与焦距之比可达1/6.4,体积和重量均满足技术指标要求,体现了四反射镜系统的优势,证明了理论分析的正确性与实用性。
阈上离化(above-threshold ionization)是近年来发现的一种新现象。本文在基本态模型基础上利用非微扰理论研究了高斯型激光脉冲诱导的阈上离化,讨论了其特征光电子能谱随时间的演化。
报道了在本实验室建立的４５ｆｓ－２ＴＷ级超短超强钛宝石激光装置上，以Ａｒ气为非线性工作介质进行的高次谐波实验的初步结果。研究了激光能量和气体密度对高次谐波的影响，目前得到的最高次谐波为２５次，相应波长为３１．４ｎｍ。深入的实验研究正在进行之中
类铜钽离子Ta44+(1s22s22p63s23p63d104s1)经中间双激发态(3d104ln′l＇,n′=4,5)进行的双电子复合在研制X射线激光过程中占有很重要的地位。重点计算了双电子复合经3d104 l4 l′和3d104 l5 l′的复合速率。并给出类铜钽离子Ta44+双电子复合速率的规律。对研究X射线激光设计,受控核聚变等诸多应用领域都提供了很有价值的原子参数。
由于有医学的应用背景,利用红外和近红外波段的光对生物组织进行成像、诊断和治疗是国际上的一个热门课题。而生物组织是高散射介质,本文详细评述了光在散射介质中传输和成像的最新研究动态和进展,并对未来的研究作了展望
[正文] 近年来,飞秒激光由于其超快时间特性和超高峰值功率特性在精密微纳加工领域引起了人们极大的兴趣。利用飞秒激光在透明材料内部实现微光学、微电子、微流体等多功能的集成得到越来越多的重视。铌酸锂是最重要的光学晶体之一,具有良好的机械、物理性能,它作为非线性光学晶体、电光昌体、声光晶体和双折射晶体得到了广泛应用。我们利用飞秒激光在铌酸锂晶
在高效率和低电流小信号范围内,理论地分析了用反向渐变波导提高远红外波导自由电子激光器(FIR-FEL)效率的机理.并用单粒子模型进行了一维数值模拟,得到了令人鼓舞的结果.
用轨迹追踪法计算了平行和锥形毛细管内壁上的光强分布。发现管壁上的光强随距离阶跃式地快速衰减。相同聚焦透镜下，细管的光强衰减比粗管快；大锥角比小锥角衰减快。随着聚焦透镜的Ｆ数的增加，光强衰减变慢，平均光强增加
推广了包含二阶离化和自电离耦合的缀饰态理论,并研究了二阶离化对缀饰态稳定性的影响。结果表明:二阶离化破坏了缀饰态的稳定性,但二阶离化中的C-C耦合在某种程度上可以降低这种不稳定性。
本文研究包含二阶离化过程的双光子自电离;计算光电子能谱,并着重分析二阶离化对光电子能谱及其随光强变化关系的影响。
对飞秒和纳秒激光作用下的Ａｌ和Ｃｕ等离子体的Ｘ射线辐射进行了测量、分析和比较．实验结果表明在飞秒激光脉冲下等离子体Ｘ射线峰值向短波方向移动．同时Ａｌ等离子体的的电离阶数和温度在飞秒下比纳秒高．
通过数值求解强激光场作用下两能级原子的含时间薛定愕方程得到了单原子辐射谱，并与解析解得到的单原子谐波谱进行了比较。
针对带有光瞳掩模的超分辨系统 ,提出了一种基于极坐标的性能评价标准。同时根据衍射光学相关理论 ,提出了变距圆光栅函数掩模花样。模拟计算结果表明 ,在共焦系统中利用该掩模可以改变系统的点振幅响应 ,从而提高分辨率 ,并增强图像的反衬度。
研究了超强激光和均匀及线性梯度高密度等离子体相互作用产生的三次谐波，特别研究了等离子体密度为四倍临界密度时的情形，这可能是用相对论效应产生高次谐波的最佳密度。
研究了类Ｂｅ氩离子内壳层电子光电离的激发能级、寿命和辐射速率、谱线波长和振子强度，并给出了位于“水窗”波段的谱线波长和谱线强度。
利用脉宽为４５ｆｓ的超短脉冲强激光系统，进行了强激光与微毛细管相互作用的初步实验研究．成功地观测了超短强激光作用下不锈钢毛细管和玻璃毛细管的Ｘ射线谱，获得了重复频率为１０Ｈｚ具有较好定向性的Ｘ射线源．
研究了圆偏振强激光在等离子体中产生的自生磁场及注入电子在由激光场和自生磁场构成的混合场中的经典行为.圆偏振强激光在等离子体中传播时,因逆Faraday效应,方向平行于传播方向的准静态磁场被激发.推出相对论情况下的自生磁场方程,并以此研究了自生磁场的特性.当电子或电子束注入激光脉冲,则电子将受到激光场和自生磁场的作用,满足共振条件的电子能得到加速.得出电子能量方程并计算了能量随时间的变化,就一种特殊情况计算了电子在混合场中的动力学行
测量微电磁场的分布是电子全息术的一个重要应用领域。在许多情况下,待测电磁场不是局限于样品内,而是空间弥散的。这样不仅影响物波,而且也影响参考波,使参考波的位相发生变化,因而使重现电子全息图产生失真,这即是长程电磁场对参考波的位相扰动问题。采用级数展开法,用一个级数展开式来近似电子波的相位函数,展开式的系数用实验数据来确定,并在此过程中消除参考波的位相扰动,从而精确恢复电子波的位相函数,以达到精确测量的目的。
超快光学与超强激光技术是光学与激光领域的重大前沿,可望推动一批基础学科与高技术应用领域的发展.本文简要介绍了超快光学和超强激光技术领域的发展现状和趋势,包括超快激光和超强激光在粒子加速、阿秒科学、超快非线性光学、微纳制备、宽带光学频率梳等方向的发展与应用前景,以及发展更高性能的超强超短激光的前景和核心关键科学技术问题.
研究了电子与氖原子在１０—１００ｅＶ能量范围内的碰撞，给出散射从基态到ｎ≤４各态的微分散射截面．
分析了相对论谐波辐射对入射激光参数和等离子体参数的依赖特性．结果表明：入射激光强度、脉冲宽度、脉冲形状和等离子体密度等参数对相对论谐波辐射有重要的影响．所得结果为实验提供了参考和依据．
分析了在等离子体中两个不同密度区的交界面附近激光场中电子的运动．导出了电子横向动量与纵向动量的相互关系的一般方程．分析发现，介质的非均匀性导致电子运动特性的重要改变．在一定条件下，这种非均匀性有利于注入电子获得加速
在光纤共焦扫描显微镜 (FOCSM)的基础上 ,利用其轴向响应曲线的线性部分 ,给出了一种测定物体微位移的新方法。并用该方法精确测量了压电陶瓷微小的逆压电伸缩效应 ,分辨率可以达到 5nm。
利用约束全局优化算法———CGO算法 ,设计了两种用于共焦系统的三区位相型光瞳滤波器 .第一种滤波器在不改变系统的横向分辨率的同时 ,可以大幅度地提高轴向分辨率 ,提高了系统的层析能力 .第二种滤波器在提高系统轴向分辨率的同时 ,又能提高其横向分辨率 ,适用于系统的三维成像 .
利用前馈神经网络对激光等离子体打靶实验中所得的X光光谱数据进行处理，可以方便地求出等离子体的电子温度和电子密度等参数。在对网络的训练时采用误差信号反向传输算法，训练后的神经网络能够有效地对X光光谱数据进行处理。文中给出了用此法算出的Mg等离子体电子温度和电子密度的空间分布轮廓，与用传统方法所得的结果完全吻合。
分析了啁啾脉冲在钛宝石再生放大器中的能量增益与泵浦光及信号光光束口径的关系。并用不同能量的调Ｑ倍频ＮｄＹＡＧ激光器的５３２ｎｍ光为泵浦光，测量了２ＴＷ钛宝石激光系统中钛宝石再生放大器在无注入信号脉冲时和有注入信号脉冲时的脉冲建立时间及相应的输出能量大小。再生放大器的增益为２×１０７。
设计了一个激光光斑实时监测与光路自动准直装置,能够实时监测激光光斑并自动准直激光输出方向。基于透镜成像原理,使用CCD探测器获得光斑的二维成像,并根据两点确定一条直线原理和使用压电陶瓷电动调整架实现光路自动准直;监测控制程序采用虚拟仪器开发软件Lab View编写,可以实时监测激光光斑模式与光斑位置抖动情况,并进行反馈控制。经测试,设计装置的调整精度达0.5μrad,反馈控制频率约1 Hz,完全可降低或消除抖动周期在1 s以上的光斑飘移。
建立了光在分层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模型 ,计算了皮肤层状结构的光传输特性 ,考虑了折射率不匹配带来的影响及不同光束特性 (如均匀分布平面光场、高斯光束、光纤光束 )对传输行为的影响 ,分析了分界面处光通量的传输特性 ,给出了不同特性光束的生物组织的表面漫射率曲线 ,比较了高斯光束和平面光场的卷积结果。
分析了中空等离子体通道内传播的强激光脉冲电磁场中注入电子的运动，发现当激光脉冲强度超过某个阈值时，电子能获得有效的纵向加速并自动与脉冲分离．所得结果为实验提供了参考和依据
通过求解含时Ｓｃｈｒｄｉｎｇｅｒ方程，用加窗Ｆｏｕｒｉｅｒ分析的方法，从理论上分析了入射激光场的初始位相对超短强激光场高位谐波辐射的影响．发现相对于较长的入射激光脉冲其激光场初始位相对超短脉冲高次谐波辐射的影响非常显著，对这一问题作了比较详细的探讨
分析了影响较Ｘ射线接触显微成像分辨率的若干因素，如：记录过程中的辐射损伤，后续放大设备读出引进的误差，以及菲涅尔衍射效应等，并且提出改善分辨率的一些实用方法。
对两种几何形状靶产生激光等离子体的软X光和谐波发射的比较研究发现,相对常用的平面靶,槽状靶中的高阶离化态离子产生的X射线发射增强.槽状靶对激光更有效吸收是造成这一现象的主要原因.
在不作稀薄等离子体和弱相对论近似的情况下,详细研究了超强激光(1018W/cm2)和等离子体相互作用过程中静电势及三次谐波发射对等离子体参数和激光参数的依赖关系,从而给出了三次相干谐波产生所需的最佳激光参数和等离子体参数.
构造一个多阱系统来模拟强激光照射下惯性约束的电离团簇的动力学行为,电子在强激光场的驱动下将在该多阱联合势场中运动.联合势场在激光场的作用下,其电离势垒很容易被降低,因而团簇的“雪崩电离”导致了增强的谐波辐射.多个吸引阱(离子所表现的)的作用使电子束缚能增加以及该系统有较高的极化率.强激光驱动的多阱系统能成为有效的相干短波长辐射源.
[正文]当一个原子系统被强激光脉冲照射时,它将非线性地偶极辐射出注入激光频率的奇次谐波,这就是所谓的强场高次光学谐波发射。近十年来在实验和理论上,高次谐波辐射一直受到人们的关注。其原因之一是它可以成为真空紫外和X射线波段的高亮度短脉冲的相干辐射源。它的发展在材料科学以及许多超快领域有着十分重要的意义。
[正文]三能级模型是人们理解认识场的无反转放大最简单有效的模型.近年来人们对共振三能级介质中的单色场及双色场放大条件进行了比较详细的讨论,但是对一般非共振条件下的情形研究相对较少,为此,我们将探讨单色场在∧型三能级介质中一般非共振条件下的无反转放大特性.
[正文]近年来,世界范围内X射线激光研究在多方面取得了较大进展,引起人们广泛的注意,特别是,其中有关提高具有潜在实用价值的复合泵浦X射线激光的增益长度积(GL值)的研究是最活跃的前沿课题之一.采用新的靶型以加速冷却是一种可能的有效途径.此外,对不同结构的靶型,等离子体不均匀性的平滑和增长是大家关注的焦点问题.本文报道了线聚焦1.05μm激光辐照具有空间周期刻槽结构的栅状靶所产生等离子体的发射特性的实验研究结果.文中从空间和时间分辨的线状等离子体轴向和侧向软X射线光谱测量,空间分辨的电子温度和电子密度诊断,以及等离子体二次谐波发射测量等角度研究了栅状结构靶与激光相互作用的物理过程.通过与平面靶比较,实验观察到若干可能的激光跃迁的轴向发射增强等重要现象,表明采用这种结构的靶将可能提高复合X射线激光的增益.
电子关联效应在负离子中的作用相当重要，本文讨论了负碳离子（２ｓ２ｐ３）和（２ｓ１２ｐ４）的能级结构、光谱跃迁、寿命和光离解通道等。碳负离子（１ｓ２２ｓ１２ｐ４）的双重态比四重态稳定，（２ｓ２ｐ３）和（２ｓ１２ｐ４）之间各辐射谱线波长位于超紫外区域的上限附近，其光谱强度很大的波长有６条，为研制Ｘ射线激光提供了有利的工作物质。
在外场频率远远低于能级跃迁频率的情况下，推导出了二能级原子在低频激光场作用下的诱导极化所满足的运动方程，并通过在弱场和超强场两种情况下对该方程的解析求解，得到了在这两种相应情况下产生于二能级原子的高次谐波的特性．
研究了低能级偶极子的非相干泵浦过程对环形腔中双稳行为的影响。结果表明，耦合系统的双稳机制为非相干泵浦过程的干涉性。双稳迟滞环与非相干泵浦场有严格的对应关系，在一定条件下，甚至出现多稳态。可以利用非相干泵浦的干涉性控制光学双稳。
研究了周期量级的圆偏振激光在空气中成丝产生太赫兹辐射的偏振特性。将中心波长1.8μm、脉宽8.6fs的圆偏振红外激光脉冲聚焦到空气中,形成等离子体细丝,产生太赫兹辐射。通过测量太赫兹辐射的偏振状态,和偏振方向与驱动激光载波-包络相位的关系,发展太赫兹波偏振控制的方法。实验结果表明,太赫兹辐射为椭圆偏振,而且偏振平面随着驱动激光载波-包络相位的变化而转动。这对太赫兹波的偏振控制有重要意义,并为周期量级激光载波-包络相位的测量提供了新方法。
[正文]强激光与物质的相互作用已成为物理研究中一个极为活跃的领域.在激光场强接近原子单位场强时,会出现许多非线性的物理现象.近几年来,分子与强激光场的相互作用研究也极为活跃,研究的主要目的在于探索激光强度在控制化学反应动力学方面的作用以及利用强激光场离解分子来研究分子激发态波包结构,与原子情形相似,强激光场中的分子行为也表现出一系列的非线性效应,如阈上离解、“库仑爆炸”和分子稳定化等.
[正文]短脉冲强激光在等离子体中的稳定传播与许多现象,如:激光等离子体加速器、相干短波长辐射源以及ICF中的快点火等许多问题,都有着直接的联系.如何使短脉冲强激光在等离子体中稳定传播及提高其传播长度成为人们关注的焦点问题之一.实现短脉冲强激光在等离子体中传播时形成光波导的方式主要有两种,即相对论自聚焦和等离子体通道口.相对论自聚焦的机理在于,强激光驱动下的等离子体中的电子做相
利用密度矩阵方法在裸态和缀饰态中研究了在外场引起原子相干的v型寿命自加宽能级系统中产生无反转激光的条件。发现适当选择抽运概率,该系统可以产生无反转激光。
[正文]强场高次谐波(HHG)与阿秒脉冲的产生是重要的前沿科学研究领域。阿秒脉冲以前所未有的精度探测超快电子动力学以及可
研究发现，在超强激光作用下电子运动的相对论效应可导致高农谐波辐射。采用单电子模型计算分析了不同偏振激光作用下的高次谐波发射，表明圆偏振激光较线偏振激光更有利于高次谐波产生。
研究了用蒙特卡罗方法模拟均匀散射介质中含有光学性质不同的小球时 ,漫反射信号随时间的变化 ,当小球和激励源的相对位置不同时随时间变化的漫反射曲线也不同 ,利用这种漫反射信号的差异同时结合时间门技术可以对散射介质中一定深度的物体成像。结论表明成像对比度与时间门的开始时刻和时间门宽度有直接关系 ,针对小球投影位置漫反射信号的强和弱 ,分别用半宽度点和最大强度的 80 %点作为小球边界位置的判断。
蒙特卡罗方法模拟了超短脉冲在皮肤的四层模型中的传输的时间特性 ,给出不同时间的表面漫射强度随径向距离和角度的变化 ,用傅里叶变换给出了表面漫射强度时间响应的频域结果 ;结果表明漫射强度随时间的变化会有数量级的不同 ,漫射强度的时间分辨为ps量级 ,这要求选择大动态范围 ps时间分辨率的探测设备 ,频域分析的结果表明在达到很高的频率下 ,幅度和相位才有变化 ,实际上硬件难以实现。
建立了一套利用高功率YAG激光器辐照固体锡靶产生高转换效率极紫外光(extreme ultraviolet)源的实验装置.利用建立的实验装置开展了极紫外光源的强度和转换效率与抽运激光强度关系的实验研究,发现极紫外光源的转换效率随抽运激光强度的变化具有饱和效应.实验发现:当抽运激光能量达到250mJ时,极紫外光源的转换效率最高,波长为13.5nm处0.27nm带宽范围内的极紫外光源的能量转换效率为1.6%,此时对应的激光强度为1.8×1011W/cm2.
简要介绍了原子团簇的产生方法和特点以及激光惯性约束核聚变的基本原理 .氘团簇在飞秒激光的作用下 ,大量吸收激光能量 ,产生了高离化态高能离子 ,从而实现了氘团簇桌面台式聚变
建立了一个用于研究Al等离子体中的离子丰度和辐射损失的碰撞辐射模型,模型考虑了碰撞电离和复合,碰撞激发和退激发,辐射复合和自发辐射跃迁等原子过程,在恒离子密度和光性薄近似下,讨论了该模型给出的离子丰度和辐射损失的动态结果。
给出了一种新型滤波器。它既能提高系统的轴向分辨率又不影响其横向分辨率。利用这种滤波器还可以控制远场旁瓣强度的最大值与主瓣强度最大值之比 (M) ,从而获得较好的超分辨效果。还根据扩展的结果分析了光瞳滤波器的中间区对轴向分辨率的影响
建立了反射式光纤共焦扫描成像系统。分析了光纤－集光透镜参数Ａ及物透镜有效数值孔径等对系统成像分辨率的影响，并在此基础上选择了合适参数的透镜，获得了优化的反射式光纤共焦扫描成像系统。测试结果表明，该系统具有亚微米级横向成像能力，微米级纵向层析能力，成像稳定性好。它将应用于材料及生物组织三维成像检测中。
提出了用波导本征模展开的方法计算射频调制的短脉冲电子束在矩形波导中的自发辐射。模展开系数决定了辐射进入ＴＥ（０ｎ）模的功率。将短脉冲理想化为时间上的δ函数，可以发现当辐射频率正好等于用来调制电子束的射频的整数倍时，辐射模式表现为“纯”的波导本征模，此时辐射功率最强。用此方法估算了设计中的上海远红外波导自由电子激光器的辐射功率。
太赫兹辐射极性和幅度依赖于双色场相位。由于等离子体光丝中色散和Gouy相移,导致双色场的相对相位随着激光的传播发生改变。当相位的改变量大于π时,丝中的太赫兹电场极性发生反转,使得远场太赫兹辐射在离轴相位匹配角方向相干增强,而光轴前向相消减弱。通过对基频和倍频聚焦条件的调整和传输非线性色散的作用对双色场相对相位进行了调制,提出了可以使相对相位平缓的方法。模型计算证明了等离子体形成和Gouy相移调制是使双色场相移变平缓的原因。随后利用相位变平缓的条件得到了太赫兹发生极性反转的失相长度延长,最大长度近三倍于空气介质中的失相长度。在满足相位变平的条件下,远场太赫兹辐射在光轴前向的分布得到增强。
通过数值求解含时Schr dinger方程研究了强激光场中多阱量子系统的增强电离行为 .结果发现系统的电离并不随阱间距增加而增大 ,而是在一定阱间距范围内 ,系统电离很陡地上升并维持一段 ,随后缓慢下降到接近氢原子 (单阱系统 )的电离水平 .用场诱导上势垒 (Field inducedover the barriers)电离机制合理地解释了这一结果 .另外 ,随着阱数目的增加 ,整个电离峰稍微向阱间距小的方向移动 ,但增强电离趋势保持不变 .电离能并不是多阱系统强场电离的决定因素 .
利用经典系综理论研究了强超短激光脉冲作用下的（一维）氦原子的非依次电离过程．通过对先后电离的两个电子的平均库仑势能和距核的平均距离的动力学模拟发现：在脉冲长度不变的条件下，长波长和高强度的超短激光脉冲更有助于非依次电离的发生．
本文详细研究了我国北方部分主要造林树种苗木叶水势与土壤含水量的关系,结果表明:①苗木叶水势Ψw与土壤含水量SWC呈明显的“反J型”关系,应用双曲线方程y=a+b/x和指数方程y=aeb/x拟合效果最优.②不同树种Ψw随SWC下降的变化差异很大,从而表明不同树种对土壤干旱胁迫的反应和适应不尽相同.依据Levitt和Kramer以及李吉跃等人对植物适应干旱方式的分类方法,应用系统聚类法将21个树种分为两大类4个亚类,即高水势延迟脱水树种（包括油松、樟子松、长白松、白皮松,华山松）,亚高水势延迟脱水树种（包括二白杨、火炬树、华北落叶松）,亚低水势忍耐脱水树种（包括文冠果、杜仲、沙枣、栾树、花椒、白榆、新疆杨.毛条、胡杨、红柳、侧柏）,低水势忍耐脱水树种（包括山杏和山桃）.相应于每一类为其建立了Fuzzy模式识别模型.这一模型可以在更为广阔的范围内判别其它树种的耐旱机理及其类型.
本文详细研究了兴安落叶松和樟子松5种主要苗木类型的年生长规律,并应用有序样品聚类分析方法,对其苗木生长时期进行了定量划分,目的是为培育优质壮苗提供理论依据.
本文应用PV技术详细研究了兴安落叶松和樟子松三种不同类型苗水和二株幼树的水分参数的季节变化,并讨论了水分参数在耐旱性评价中的可能意义.结果表明:苗木和幼树的水分参数均有季节性变化.这种季节性变化与苗木和幼树的物候进程及生长发育密切相关.水分参数的季节变化表明:苗木和幼树的耐旱能力也有季节性变化.一般生长季苗木和幼树耗水量大,组织比较幼嫩,易受干旱胁迫的影响,因而耐旱能力相对比较弱;生长季末和非生长季,苗木和幼树木质化程度高,积累的营养物质多,因而耐旱能力也随之提高.从水分参数总的评价来看,樟子松耐旱能力显著高于落叶松.值得指出的是:虽然落叶松幼树叶片抗脱水能力显著低于樟子松,但是在整个生长季π0和π100却低于樟子松,π0和π100的降低是落叶松幼树对水分亏缺的一种适应.
本文详细研究了土壤干旱胁迫对兴安落叶松和樟子松苗木水势,膨压以及水分参数的影响,结果表明:土壤含水量与叶水势呈明显的双曲线关系[Y=x/(a+bx)],与膨压呈对数关系(y=a+blnx).樟子松属于典型的高水势延迟脱水耐旱树种,而落叶松则属于低水势忍耐脱水为其主要耐旱特征.由于樟子松和落叶松对土壤干旱胁迫的适应途径不同,从而体现在水分参数上的水分生理特点也不尽相同.综合所有的水分参数特点来看.樟子松耐旱能力高于落叶松.
森林调整期的确定通常采用尝试法。本文从Fuzzy贴近度概念出发,提出了一个比较简洁的统一计算公式。
本文探讨了应用主分量分析(PAC)和数量化理论Ⅲ来研究苗木和幼树的水分参数的季节变化规律、水分参数随土壤干旱胁迫的变化规律,结果表明:多变量的统计分析结果与前面的研究结论完全一致.但是PAC和数量化理论Ⅲ在分析水分参数的变化规律及其相互关系方面有其独特的优点:它不仅有助于揭示水分参数的变化规律和相互关系,而且使分析结果更加清晰明了、直观.
本文应用压力室和PV技术研究了大兴安岭地区主要针叶树种兴安落叶松和樟子松的四种苗木类型和两株幼树的水势和膨压的日变化及季节变化.结果表明:在典型的天气条件下,苗木和幼树的水势日变化量呈明显的单峰曲线.水势、膨压以及蒸腾的日变化与气温,光照和空气相对湿度的日变化基本吻合.水势的季节变化表明,在整个生长季,由于落叶松蒸腾耗水量大,表现出水分亏缺的特点.
本文研究了8种贮藏兴安落叶松Larix gmelini(Rupr.)Rupr.和樟子松(Pinussylvestris L.var.monglica Litvin)苗木的方法.结果表明:苗木窖贮藏法显然优于露天贮藏法.目前生产中应用的露天假植+盖草帘法严重影响苗木质量,造林成效低.苗木窖中,覆砂、塑料容器袋和纸板箱、钙塑箱贮藏法效果比较好,苗木质量和造林效果有保证,应推广.尤其是钙塑箱和塑料容器袋贮藏苗木,便于运输,减少了从贮藏到造林地的许多环节,造林成效显著.
针对复杂机械系统剩余寿命预测问题,提出一种基于数据驱动方法和贝叶斯理论的机械系统剩余寿命预测方法。该方法基于数据驱动方法,对相同或相似系统的历史状态监测数据进行融合,并建立表征系统退化程度的健康指示量和预测剩余寿命的状态模型;基于贝叶斯理论,建立状态模型参数的贝叶斯模型;在此基础上,基于待估系统的实时状态监测数据和贝叶斯模型,利用马尔科夫链蒙特卡洛方法来更新模型参数并预测待估系统的剩余寿命;通过一个航空发动机的预测问题,来说明该方法的有效性。
大量的试验证明,在相同等效应变条件下,多轴非比例加载下的疲劳寿命往往要远远低于多轴比例加载下的寿命。因此基于临界平面法,提出一种考虑加载路径影响的多轴疲劳剪切式寿命模型。该寿命模型以最大损伤平面为临界平面,并以临界平面上的正应变幅值,切应变幅值,平均静水应变以及一种加载路径影响因子作为主要损伤变量。其中,通过引入一种加载路径影响因子来考虑多轴非比例加载对多轴疲劳寿命的锐减程度影响。同时,借助平均静水应变这一损伤变量对多轴加载中的平均应变或应力影响进行修正。该模型不含任何材料参数,便于工程应用。根据已有4种材料的多轴疲劳试验数据对该新模型的有效性与适应范围进行了验证。
为了更精确地反映主轴系统在工作状态下的情况,针对高速磨床主轴系统建立柔性体动力学模型,对其在不确定性磨削力作用下的工况进行数值模拟和优化研究.首先采用优化拉丁超立方试验设计方法在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样,再建立包含不确定量的主轴系统径向基函数近似模型,代替耗时的数值仿真模型.利用基于区间数的不确定性优化方法对高速磨床主轴系统进行优化设计研究.结果表明,利用基于区间数的不确定性优化方法,对主轴系统的关键参数进行优化后,表征磨削质量的刚体砂轮质心的径向跳动值比原来有了较大的减少,得到了在不确定磨削力影响下优化结果的响应区间.
提出一种适用于电阻点焊焊装夹具的定位点优化设计方法。该方法基于"N-2-1"定位原理,利用有限元计算工件第一基准面上的变形,在建立目标函数时综合考虑夹具工作过程中的多工位状况,并且采用全局收敛效果很好的隔代映射遗传算法作为优化工具来寻找最优点。通过算例分析N取不同数值时的夹具定位精度,并将隔代映射遗传算法与小种群遗传算法的收敛效果进行比较,验证了方法的有效性。
提出了一种基于反求理论的汽车碰撞安全性优化方法。为了提高有限元仿真在汽车安全性分析方面的准确性,通过有限元仿真与试验验证相结合的方法,利用反求技术求出材料的特性参数。将得到的特性参数应用于某种卡车驾驶室的相同材料,对驾驶室的结构参数进行优化。选取卡车翻滚时对驾驶员安全影响较大的参数作为优化目标,利用遗传算法对构造的多目标优化模型进行计算。通过计算结果可知,有限元仿真中默认的材料特性参数与试验结果有一定的差别,将试验得出的数据应用于优化中可以得到更准确的结果。
基于区间分析方法,建立了一种汽车悬架平顺性的不确定性优化模型。以悬架弹簧刚度和减振器阻尼为设计参数,车身加速度均方根值最小化为目标,悬架刚度和固有频率等为约束,并使用区间描述设计变量的制造和测量误差。利用公差指标和区间可能度,将该不确定性优化模型转化为确定性优化问题,并利用序列二次规划法和非支配排序遗传算法进行求解;在保证平顺性目标的前提下,使设计变量的对称公差最大化,以降低制造成本。最后,该方法被应用于两自由度1/4车身和7自由度整车车身悬架振动系统的平顺性优化。
针对机械工程中复杂结构多参数问题,提出一种新的基于最小二乘映射的减基法。该方法通过在参数域采集样本点,计算系统在有限个样本点下的响应以构造减基空间,利用最小二乘映射把原方程向减基空间进行投影得到减缩方程,在减基空间快速求解该减缩系统,获得原问题的减缩解,并把减缩解还原到原空间,得到问题的近似解。当系统参数发生变化时,能通过减缩系统快速得到新参数下的响应,极大地提高了计算效率。最后将该方法用于赛车车架刚度计算,结果表明方法是有效且可靠的。
提出了一种基于网格支配的微型多目标遗传算法,该算法在求解较多目标函数的优化问题时具有较好的收敛性和较高的计算效率。该算法引入网格支配概念并结合微型多目标遗传算法,在每一代进化种群中计算各个个体的网格值、网格拥挤距离和网格坐标点距离,根据网格支配分级和网格选择机制策略选取精英个体,并对其进行交叉和变异操作,使其朝前沿面收敛以获得Pareto最优解。4个测试函数和2个工程实例验证了该算法的有效性。
在求解具有非线性相关性结构的可靠性设计优化问题时,现有的相关性处理方法在某些情况下可能会得到精度较低的优化结果。基于Copula函数提出了一种可靠性优化设计方法,用于求解存在非线性相关性结构的可靠性优化设计问题。该方法根据已知的样本对各备选Copula函数进行参数估计,并根据AIC准则选出最优Copula函数。根据最优Copula函数,构建联合概率分布函数,最后求解结构可靠性优化设计问题。通过两个数值算例验证了该方法的有效性,并讨论了不同Copula函数对优化结果的影响。
基于临界面法,提出了一种能够反映非比例疲劳寿命锐减现象的多轴低周疲劳寿命模型.与传统临界面模型只考虑附加强化效果不同,新的模型在疲劳损伤参量中引入新定义的非比例附加损伤系数,能综合考虑非比例加载条件下附加强化和载荷路径两种因素对疲劳寿命减少的影响,并且分别以最大切应变和最大损伤平面作为临界面来构建疲劳损伤参量,反映了临界面的选取对模型预测结果的重要影响.从已发表文献中选用8种材料的多轴疲劳试验结果进行验证,新模型能同时适用于比例和非比例加载,并且具有很好的寿命预测精度和材料适用性.
通过数字图像相关方法获取全场应变信息,从应变非均匀性的角度研究Ni单晶体的加工硬化行为.首先提出一种适用于描述单晶体变形的数字图像相关方法,用于准确获取应变场.拉伸实验结果表明,Ni单晶体的塑性应变具有显著的局部化特征,这与滑移带的形成、发展密切相关.根据应变场的演化特征,3种变形机制可被确定,且发现它们与材料的3个加工硬化阶段具有一一对应关系.在位错理论框架下,两者之间的内在联系得到了合理的解释,并通过对材料微观结构演化的实验观测得到了很好的验证.
通过引入区间过程模型,提出了一种针对受列车移动载荷激励的桥梁的不确定振动分析方法,可以得到列车经过时桥梁振动挠度响应的上下边界曲线。将单节列车用两个等间隔轮载荷的子系统来模拟,一个包含前轮部分,另一个包含后轮部分。将桥梁简化为简支梁模型,用区间过程来描述列车对桥梁的不确定性移动载荷激励。基于区间过程模型和模态叠加理论,得到桥梁挠度响应的中值函数和半径函数,从而得到挠度响应的上下边界函数。通过数值算例说明本文方法的有效性。
金属材料在塑性变形及疲劳过程中均伴随着能量的耗散,耗散能的大小与分布可充分反映材料内部的应力应变状态与损伤程度。全场热源分析方法借助于红外热成像技术,通过建立合适的热传导模型将由实验获取的温度场转化为热源信息,进而实现对耗散能的估值。本文介绍了基于实验力学的全场热源分析方法,建立从二维到"零维"的热传导模型,解决由温度场到热源的计算反求问题;然后利用该方法针对三种典型的固体力学问题展开研究,包括应力集中效应、塑性失稳现象以及疲劳问题。研究结果表明,全场热源分析方法可有效表征非均匀变形过程及疲劳损伤。
时变可靠性问题中存在大量不确定性参数,对其进行不确定建模及时变可靠性分析具有重要的工程意义.传统方法评估承受随机载荷作用的结构可靠性时,通常假定强度、刚度、阻尼等随机变量的分布参数是确定的,但是实际工程中很多情况难以给出分布参数的精确值.本文针对分布参数为区间的一类随机不确定性问题,提出了一种求解时变可靠性的区间PHI2方法(简称I-PHI2),可获得结构在设计周期内的时变可靠性区间.首先,针对分布参数为区间的不确定性问题建立时变可靠性分析模型;其次,采用区间分析方法确定随机变量和随机过程的区间分布参数,同时对其进行标准化处理;再次,推导了含区间参数的跨越率解析表达式,获得了跨越率的上下边界;最后,采用传统的时不变可靠性工具一次二阶矩方法进行求解,获得了结构时变可靠度指标和失效概率的区间.通过两个数值算例验证了I-PHI2方法的有效性.
针对传统凸模型方法分析不确定性结构时仅给出结构响应边界的局限性,论文结合基于体积比的伪概率度量和一次二阶矩提出一种结构响应不确定性量化的新方法.该方法在准确求解不确定性结构响应上下界的同时,给出了结构响应在上下界内的伪概率分布.首先利用椭球凸模型对结构不确定性进行建模,结构响应关于不确定性参数的传播方程将椭球分割成两个区域,则分割区域体积与椭球域总体积之比可作为伪概率来度量结构响应的不确定性;其次,用一次二阶矩法序列求解结构响应不确定性传播方程,有效获取最可能展开点及相应分割区域的近似体积.最后,通过一个典型的六杆桁架结构算例与传统凸模型方法和蒙特卡洛法进行比较,验证了论文方法对不确定性结构响应量化的有效性和优越性.
现有的不确定性传播分析方法大都假设各输入变量相互独立,然而实际工程中,很多变量间具有相关性,特别是多维相关性问题广泛存在实际工程中.为此,本文提出了一种基于vine copula函数的结构不确定性传播分析方法,为复杂多维相关问题的不确定性传播分析提供了一种有效工具.首先,根据随机变量的样本由vine copula构造输入变量的联合概率密度函数;其次,先由Rosenblatt变换将相关变量转换成独立变量,再由降维积分法计算响应的前四阶原点矩;最后,由最大熵原理计算响应的概率密度函数.算例分析表明,本文方法在计算精度和计算效率方面具有较好的综合性能,能够用于变量间具有相关性的复杂工程问题的不确定性传播分析.
针对传统电测法在复合材料参数测定中易受环境干扰等问题,提出一种基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术的车用复合材料参数反演方法。首先通过DIC技术获得复合材料试样的全场位移场,结合有限元仿真,以测量值与仿真值之间的误差为目标函数,构建反问题模型。采用遗传算法和序列二次规划法相结合的策略对材料参数进行反求,获得能表征复合材料真实材料参数的最优值。试验表明,基于DIC技术的反演方法对未知参数在较大区间下具有较强的识别能力,且能一次性且完整地反演复合材料的本构参数,反演精度和计算效率都有一定优势。
为了减小载荷识别过程中的不适定性,稳定地实现动态载荷的时域重构,提出了基于径向基形函数的时域动态载荷识别方法。在离散化系统动力响应卷积关系式的基础上,将载荷在时间域内划分单元,采用径向基函数构造载荷形函数,并在整个时间域内进行组装,得到整体形函数响应矩阵,建立载荷识别的正向模型;在此基础上,利用正则化方法实现动态载荷识别。算例表明,该方法能够有效减小核矩阵的规模,改善核矩阵的病态性,在采样时间步长较大且响应存在测量噪声的情况下,可保证动态载荷反演的稳定性和精确性。
该文基于非线性区间数规划方法和区间分析方法,针对某型发动机曲轴的不确定性优化问题进行了研究。载荷中的不确定参数采用区间描述,极限工况下的最大等效应力作为目标函数且通过有限元方法求解。非线性区间数规划方法用以处理不确定目标函数,区间分析方法用以快速求解目标函数在每一个设计矢量下的区间,隔代映射遗传算法作为优化求解器。应用算例说明了该文算法的有效性。
裂纹结构中存在大量不确定性因素,如裂纹长度、材料性质、外部载荷等,裂纹扩展路径的不确定性分析对研究随机裂纹结构损伤和断裂的力学特性并预测其性能及可靠性具有重要意义.论文提出了一种适应于混合载荷模式下随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法.该方法考虑了裂纹长度、材料性质和外部载荷等的随机性,并通过蒙特卡洛方法对随机参数空间进行采样.采用比例边界有限元方法计算结构应力强度因子,进而模拟单次裂纹扩展路径.在此基础上,通过概率分析方法获得随机裂纹结构中裂纹扩展路径的统计特性.最后给出了两个数值算例验证了论文方法的有效性.
基于多目标优化理论,建立了一种发动机悬置系统优化设计模型,通过悬置刚度和位置参数的合理设置保证了主要振动方向上的能量解耦率最大化。分别以发动机悬置系统垂直方向和绕曲轴方向的能量解耦率最大为优化目标,以悬置刚度参数和位置参数为优化设计变量,考虑固有频率和动力总成参数的约束,构造了悬置系统六自由度模型,并利用非支配排序遗传算法对该系统进行多目标优化。最后该方法被应用于某型汽车发动机的悬置系统设计。
比例边界有限元是一种只需在边界上划分网格且无需基本解的半解析方法,能有效处理应力奇异性和无边界问题.论文提出了一种比例边界有限元的二阶灵敏度分析方法,可以准确而高效地求解响应关于参数的二阶梯度.首先通过建立仅需右特征向量的哈密顿矩阵特征灵敏度分析方程,发展了一种改进的比例边界有限元一阶灵敏度分析方法;其次,进一步通过构建二阶哈密顿矩阵特征灵敏度分析方程,并对比例边界有限元系统方程进行一系列二次直接微分,提出了一种半解析形式的比例边界有限元二阶灵敏度分析方法.该方法被应用于线弹性裂纹结构的形状灵敏度分析和不确定性传播分析.最后,给出了两个数值算例验证论文方法的有效性.
针对减基法快速分析固体结构时容易出现的奇异问题,提出了一种改进的减基法.该方法通过将参数域样本点对应的响应基进行奇异性判别和处理,删除响应基中线性相关程度高的向量,并把新得到的基进行约化的QR分解,使原系统通过Galerkin映射向矩阵Q的列向量基所张成的空间进行投影,从而提高了固体结构快速计算的精度及可靠性.数值算例验证了其有效性.
针对同时包含概率变量和证据变量的混合不确定性问题,提出了一种高效的结构可靠性分析方法,在保证精度的前提下大幅提高了计算效率。借助证据变量均匀化手段,将传统概率可靠性分析中的最可能失效点(MPP)概念引入概率-证据混合模型,基于MPP建立线性近似功能函数,并进行高效可靠性分析。最后通过三个工程算例验证了该方法的有效性。
在不确定优化中,非线性区间数优化方法由于需要嵌套优化,造成计算效率低下而阻碍其应用于工程实际。本文提出了一种基于径向基函数近似模型的求解方法,以提高非线性区间数优化方法的计算效率。该方法利用拉丁超立方实验设计方法采样,建立目标函数和各约束的径向基函数近似模型。利用近似模型代替嵌套优化中的真实模型,再用非线性区间数优化方法进行求解,从而提高了非线性区间数优化方法的计算效率,使得该算法在工程应用方面成为可能。用一个测试函数验证了该方法的可行性,最后将方法应用于车身薄壁梁的耐撞性优化。
针对既有概率变量又有区间变量的混合不确定问题,构造了一种高效的结构可靠性分析方法。该方法将传统概率可靠性分析中的响应面方法引入混合模型的可靠性分析中,通过Bucher设计与梯度投影相结合的方法建立线性响应面,并采用一有效的解耦方法求解基于响应面建立的近似混合可靠性问题,通过迭代实现响应面更精确地近似真实极限状态函数。最后,通过两个算例验证了该算法的有效性。
提出了一种针对一般非线性极限状态方程的时变结构可靠度分析方法.该方法首先将时变功能函数中的随机过程进行离散,获得多个不同时间段的静态功能函数.之后,将各功能函数在最大可能点处进行线性化,并运用全概率公式将其化简为一新的静态可靠度分析模型,该模型可运用传统的一次二阶矩方法进行高效求解.最后通过管状悬臂梁、十杆桁架、汽车发动机主轴3个算例验证了该方法的有效性.
利用区间模型对尺寸公差进行描述,构建了一种基于尺寸公差的区间优化方法,实现了基本尺寸及其公差的同步优化。本方法以基本尺寸和公差为设计变量,以尺寸公差最大化为设计目标,以决策者对机械系统的性能要求及原问题的最严限制性条件为约束,建立区间优化模型。通过区间中点和区间右边界,将不确定性区间优化模型中的目标函数与约束进行确定性转换。有效解决了在机械系统给定性能水平及其固有约束条件下,求解关键零部件最优基本尺寸与最低成本尺寸公差的问题。该方法已被应用于数值算例及工程实例。
正面高速耐撞性设计,需确保车内乘员的人身安全,使车内乘员的人身伤害降到最低;正面低速耐撞性设计,要求尽量减少车辆在碰撞中的损伤,使车辆具有良好的碰撞损伤修复经济性。本文根据上述特点,将车辆的正面高速耐撞性与正面低速耐撞性相结合,并且考虑车身部件的轻量化,提出了一种优化设计方法。该方法将保险杠、吸能盒内外板以及前纵梁内外板五个部件厚度作为优化设计变量,在正面低速碰撞中,以前纵梁吸收的碰撞总能量作为其是否发生较大变形的依据,利用代理模型和遗传算法进行了优化计算。最后,将该方法应用在某一车型的耐撞性设计中。


