2013年 第42卷 第9期
偏振成像系统利用目标和背景偏振度上的差异，有效地提高了人造或伪装目标的探测识别效率。但红外目标的偏振传输是一个复杂的过程，受大气的影响较大，因此，有必要对不同目标的偏振特性和其影响因素以及大气作用的影响（包括大气吸收、辐射及悬浮粒子散射等）进行研究。进一步推导了红外偏振辐射控制方程；基于对目标和背景偏振特性的先验知识，利用大气传输计算软件MODTRAN对3个典型红外波段的大气吸收及程辐射进行计算；并对大气传输后的目标辐射偏振度对比度和强度对比度进行仿真。结果表明：在短波红外波段，目标的反射成分占主导地位；在中波红外波段，目标的自发辐射和反射均不可忽略；在长波红外波段，目标的辐射占主导地位，利用偏振成像效果优于强度成像。结果与理论分析基本一致。研究内容为红外波段目标的探测方式选择提供了参考依据。
基于表面测温的边界形状识别算法研究是红外无损检测技术从定性到定量发展的理论基础，同时也是传热反问题研究的一个重点也是难点问题。对于交界面形状的识别，常规的边界识别算法，由于交界面要在迭代过程中不断变化，所以计算相对复杂，不利于算法的实际应用。在原有边界形状识别研究工作的基础上，通过将交界面形状的识别问题转化为有效导热系数的分布问题，将计算温度和检测温度的吻合程度作为判别条件，利用改进的一维修正算法反演识别有效导热系数的分布，再转化为真实的交界面形状。数值实验表明该方法大大降低了交界面形状识别的复杂性，是解决交界面形状识别问题的行之有效的计算方法。
红外焦平面探测器阵列由于探测器工艺、环境冲击和长时间工作等因素将引起探测器响应的漂移，很大程度影响了热成像系统的成像质量。对于红外测温热像仪来说，会大大降低其出厂定标的准确性。针对红外辐射定标，考虑到探测器响应的非线性，在前期搭建的基于U形边框黑体视场光阑的红外成像系统基础上，研究了基于U形边框黑体光阑的三点定标修正方法，并与两点辐射定标方法进行了比较。实际定标测试实验结果表明：在25~65 ℃范围内，三点定标修正后的最大绝对误差和平均误差分别为0.126 6 K和-0.048 8 K，较原始定标的结果有明显的精度提升，说明三点定标修正方法算法有效，但三点定标修正与两点定标修正的结果相差不大。因此，一般情况下两点辐射定标修正方法足以适应辐射定标应用。
基于DMD的红外场景仿真系统投影光路是仿真系统的关键组成部分。设计了一种准直投影光学系统，利用不同材料热性能互补的无热化光学设计方法，得到系统的初始结构，将某一面设计为二元面，降低了系统像差，提高了光学传递性能，达到系统的消热差设计。投影光路采用折射式结构，工作在8～12 m长波红外波段，焦距为113 mm，半视场角为4.5，F数为1.3。利用ZEMAX软件对光学系统进行了优化，满足了仿真系统的使用要求。
使用逐线积分（LBL）及四种版本高分辨率分子吸收数据库（HITRAN 96、2k、04及08版本）对比计算了中红外 2~5 m波段在中纬度夏季（45N，7月）模式高空大气下行传输的大气分子透过率及热辐射，结果表明：透过率随着下行传输路径减小而增大，热辐射随着传输路径的减小而降低，适当的减小传输路径可以降低高空大气对光电系统应用的影响。96、2k和04版本数据库在三种不同传输路径上透过率的平均绝对偏差均较小，但在某些波段绝对偏差较大，如 HITRAN2k在100~10 km传输路径上的绝对偏差最大达到了0.81；96、2k和04版本数据库在三种不同传输路径上热辐射的平均绝对偏差的数量级均为10-6，04版本的平均绝对偏差并非在所有路径中是最小的。计算不同传输路径的大气透过率和热辐射时，采用旧版本的数据库在某些波段可能会产生相当大的误差。
红外无损检测技术是一种新型的无损检测技术，具有非接触、检测面积大、检测速度快等优点，现已发展出许多有不同的检测方法，为了研究不同检测方法的优缺点，根据传热学的理论，对比分析红外无损检测的不同检测方法，建立了一个二维导热模型；并利用建立的模型，模拟计算出了试件在不同热激励条件下的温度场，在此基础上实现了对红外无损检测中的脉冲检测法、锁相检测法和脉冲相位检测法的数值模拟，从理论计算的角度比较了这三种红外无损检测方法的优缺点，得出了这三种红外检测技术的最佳使用范围，为红外无损检测的检测方法的选取提供了理论依据。
基于红外辐射理论，综合考虑自身辐射、反射辐射、大气长波辐射等因素，研究了目标的红外辐射特性仿真方法，编制了目标红外辐射仿真软件。以某钢板为例，建立了目标的仿真计算模型，确定了目标表面的边界条件，计算了目标表面的温度场分布，将仿真计算与试验测量的钢板表面温度数据进行了对比，结果显示：仿真计算的平均误差在1.5 ℃以下，验证了仿真方法的正确性，并在此基础上仿真计算了不同时刻目标的红外辐射特征分布，证明了红外仿真方法的合理性，为车辆与复杂背景的红外仿真计算奠定了基础。
为研究隔离度对制导控制系统稳定性的影响，提出了隔离度传递函数的概念，建立了隔离度传递函数模型和隔离度寄生回路模型。基于此模型，利用频域法分析了隔离度传递函数的特性，利用劳斯判据研究了制导参数对寄生回路稳定域的影响以及制导系统阶数对寄生回路失稳频率的影响。结合某红外图像导引头实例，对隔离度传递函数和寄生回路稳定性进行了深入分析，最后提出了提高隔离度寄生回路稳定性的措施。研究表明：隔离度寄生回路稳定性最严重的区域位于中频段，而提高导引头稳定回路在该段的增益可有效提高导引头隔离度水平，增加寄生回路的稳定性。
提出一种基于监督学习得到深度估计模型的单目车载红外图像深度估计方法。首先用核主成分分析法（KPCA）筛选红外图像特征。将最初提取的红外图像特征用核函数非线性映射到一个线性可分的高维特征空间，再完成主成分分析（PCA），得到降维后的红外图像特征。然后以BP神经网络为模型基础，对红外图像特征和深度值进行训练，训练后的深度估计模型可对单目车载红外图像的深度分布进行估计。实验结果证明，利用该模型估计的单目车载红外图像的深度信息与原红外图像的深度信息一致。
气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分，气溶胶粒子严重影响1.06 m激光的传输特性。单次散射反照率和不对称因子是研究气溶胶中激光传输特性的一个重要参量。基于CCA模型，模拟了由64个球形原始微粒凝聚而成的四种取向气溶胶凝聚粒子。利用离散偶极子近似方法，数值计算了1.06 m激光入射情况下四种形状气溶胶凝聚粒子的单次散射反照率和不对称因子随入射角变化的值；并分析了尺寸参数对单次散射反照率和不对称因子的影响。结果显示：对于相同数目原始微粒的气溶胶凝聚粒子，其单次散射反照率和不对称因子明显依赖于入射光的入射角度和气溶胶凝聚粒子的形状；对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子，其单次散射反照率和不对称因子随尺寸参数的增大而增大，当尺寸参数大于3时，气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射。
开发了一种可调谐半导体激光吸收传感器，用于测量气体的温度，应用扫描波长吸收谱和固定波长调制谱探测水蒸气在7 454.4 cm-1和7 185.6 cm-1附近的两条吸收谱线。传感器可实现绝对温度测量，固定波长调制谱更可实现10 kHz以上的测量带宽。传感器的性能和精度在已知温度和压力的静室中进行测量验证，在600~1 000 K的设定温度范围，两种方法的测量误差（RMS）都小于2%。表明可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）传感器对于均匀的流场具有快速和精确的温度测量能力。
激光引信包含精密光学系统，其中光学接收系统占重要地位，在常规弹药引信过程的应用中，高发射过载环境对系统弱回波聚焦质量造成严重影响，系统工作可靠性无法保证。提出接收聚焦透镜与窄带滤波片一体化方案，设计出一种新型缓冲结构接收系统光学，应用有限元分析软件ANSYS建立传统激光接收系统以及新型结构动力学模型，对接收聚焦透镜进行非线性动力学仿真以及ZEMAX光学仿真；最后进行空气炮冲击实验，结果表明：在经历70 000 g冲击加速度后，新型光学系统缓冲结构可有效缓解接收聚焦透镜塑性变形，提高脉冲激光束聚焦整形质量，激光回波能量显著增强。为常规武器激光引信接收光学系统抗高过载设计提供了一种新的方法和理论依据。
为了有效地控制激光铣削层质量，建立了激光铣削层质量（铣削层宽度、铣削层深度）与铣削层参数（激光功率、扫描速度和离焦量）的BP神经网络预测模型。采用粒子群算法优化了BP神经网络的权值和阈值，构建了基于粒子群神经网络的质量预测模型。所提出的PSO-BP算法解决了一般BP算法迭代速度慢，且易出现局部最优的问题，并以Al2O3陶瓷激光铣削质量预测为例，进行算法实现。仿真结果表明：提出的PSO-BP算法迭代次数大大减少，且预测误差明显减少。所构建的质量预测模型具有较高的预测精度和实用价值。
针对弹道导弹、火箭的工作环境存在剧烈振动的情况，研究了激光陀螺捷联惯导系统在线振动环境下的误差传播特性，指出加速度计二次项误差对导航精度有重大影响，建立了包括加速度计二次项误差的31阶误差模型。为了评价该模型的准确性，设计了静态和线振动仿真实验，将其与不考虑二次项误差的28阶误差模型进行了比较。仿真结果表明：静态时，两种模型准确度相当；当系统工作环境存在线振动时，建立的31阶误差模型比28阶误差模型准确度提高约5倍。
为了研究TEA CO2激光重复频率对远场光束特性的影响，首先采用有限元方法计算了不同重复频率下反射镜的温度场和热变形分布，然后采用协方差矩阵法对镜面热变形进行了Zernike拟合，最后结合衍射的角谱传播理论和功率谱反演法分析了不同重频TEA CO2激光经过内光路热畸变作用后的远场光束特性。研究表明：在净吸收能量相同的情况下，随着重复频率的增大，反射镜的温度逐渐升高，热变形量逐渐增大，经过内光路热畸变作用后，远场光束的Sr和平均能量密度Ed逐渐减小，参数逐渐增大，光束质量逐渐变差；对于TEA CO2激光，重频为300 Hz的Ed值仅为10 Hz的40%，远场光束的峰值光强下降了43%，光斑展宽了近60%。文中的研究结果为TEA CO2激光发射系统的优化设计提供可靠的依据。
基于端面泵浦碱金属蒸汽激光器的速率方程模型，研究了半导体激光泵浦铯蒸汽激光器的工作特性。通过改变泵浦参数和蒸汽池参数，分析了各参数对激光器的泵浦吸收特性和激光输出特性的影响。结果表明：铯蒸汽吸收的功率和激光器的输出功率会随泵浦功率、乙烷压强的增大而出现饱和现象，随泵浦光中心波长对铯原子吸收波长的偏离而呈类高斯型的变化趋势，随氦气压强的增大而先增强后减弱。此外，还存在临界泵浦光线宽和温度范围使激光器保持正常运转。结果与已报道的实验现象有较好的符合，可为进一步的实验探索提供借鉴和参考。
在雾天，激光主动成像系统所得图像的质量明显下降。针对所得红外图像噪声大、对比度低的特点，提出一种结合暗通道先验（Dark Channel Prior，DCP）与双边滤波（Bilateral Filter，BF）的图像处理算法。采用暗通道先验对图像进行去雾，对去雾后的图像采用双边滤波方法做进一步去噪处理，从而达到提高对比度降低噪声的目的。对不同算法处理后图像的主客观评价表明，提出的算法处理后的图像有更好的视觉效果，标准差有一倍多的提高，信息熵和信息容量有20%左右的提高。
针对激光主动成像图像特点及实际应用需要，提出了一种基于同态滤波与双数复值小波变换级联的图像降噪算法。首先通过同态滤波将乘性散斑噪声变换为加性噪声；然后用基于改进Q-shift滤波器的双树复值小波对含噪图像进行分解，通过Bayes自适应阈值法修正小波系数；最后再进行相应的逆变换得到去噪图像。该算法具有近似平移不变性、多方向选择性及精确重构性，采用信噪比（SNR）、峰值信噪比（PSNR）和运行时间作为算法去噪性能的评价标准进行实验。实验结果表明该算法能够有效抑制图像中的散斑噪声，计算效率高，且很好地保护了图像细节。
以抛物形点聚焦激光推进器模型为研究对象，数值模拟了脉冲重复频率在2~50Hz范围内吸气式多脉冲纳秒激光推进的流场演变过程，分析了脉冲数目和重复频率对推进性能的影响。结果表明：随着脉冲数目的增加，喷管内气体密度减小、温度升高，导致平均冲量耦合系数下降，但纳秒脉冲激光作用获得的平均冲量耦合系数明显高于微秒脉冲激光；相同脉冲数目条件下，随着脉冲重复频率的增大，流场恢复时间缩短，使得流场状态不能及时恢复，导致平均冲量耦合系数下降，其中脉冲重复频率f10 Hz时的下降趋势明显大于f10 Hz。
以新型聚合物材料Topas环烯烃共聚物（COC）为基质，设计了一种能够低损耗传输太赫兹波的多孔纤维。应用全矢量有限元方法对传输特性的研究结果表明，该Topas多孔纤维在太赫兹波段具有宽带低损耗、低色散的特性：0.4~1.5 THz范围内的损耗小于0.2 cm-1；0.48~1.5 THz范围内的色散为1.80.3 psTHz-1cm-1。所设计的多孔纤维兼顾了结构简单、易于制备的特点。研究结论为Topas太赫兹波导的制备提供了理论指导。
针对几何精校正过程中人工选取控制点误差大、未考虑高光谱数据光谱特征一致性等问题，提出了基于SIFT特征的自动几何精校正方法。首先提取图像的SIFT特征，利用高光谱数据的地理坐标定位进行局部特征匹配，然后为了进一步提取高精度、分布均匀的控制点，提出了一种分区域的随机采样一致（Random Sample Consensus，RANSAC）算法。利用航空高光谱成像仪Hymap获取的新疆东天山数据进行算法性能的分析与验证，并采用CE90/CE95以及均方根误差等指标进行定位精度的评价，提出的基于SIFT特征的自动几何精校正方法能够达到0.8像元的定位精度，并且校正前后光谱的光谱角小于0.01 rad。
光谱解混分析的重要研究内容是计算分析各地物类别成分在混合像素内所占的比例技术。文中以实测高光谱数据为研究对象，针对高光谱数据具有高维度数、严重的光谱混合等特点，基于流形学习中局部线性嵌入（LLE）算法的思想，提出了一种约束最小乘方局部线性加权回归（CLS-LLWR）建模方法。通过4种典型地物的光谱吸收特征差异分析，从它们不同比例组合下的实测混合光谱中选取了不同波段范围，分别对该模型预测覆盖度信息能力进行了验证分析。最后，将CLS-LLWR模型与主成分回归（PCR）和偏最小二乘回归（PLSR）模型，通过计算预测标准误差（SE）进行了对比分析。结果表明，CLS-LLWR模型有较好的预测能力。这为流形学习在高光谱遥感图像信息提取方面进行了有意的探索。
配方设计在激光玻璃制备过程中尤为重要，能够按照预先设定的技术指标进行配方设计一直是研究人员的目标，无机氧化物玻璃物理性质计算体系就是其中的代表之一，但该体系中未涉及玻璃光谱特性。为此，将塞耳迈耶尔公式与色散曲线结合起来，通过计算得到掺杂激光玻璃的本征频率和振子强度，进而可以计算玻璃的吸收性能，依据玻璃光谱性能的要求来调制配方，这样缩短了研发周期并且保证后期实验中快速找到优秀配方，后期的实验证明这些配方经过降温处理后形成玻璃并且从实验结果中找到了符合设计目标的激光玻璃。
对高压电器局部自持放电的光强谱系的强度分布进行了分析，建立了高压电晕放电紫外光谱特征谱线下光强与探测距离的关系，并采用紫外光谱功率法对高压电气设备的电晕放电进行了实验研究。实验系统包括针极放电装置及ICCD探测器，通过光纤传输对日盲区紫外光谱进行探测。试验中调整光纤探头位置，分别改变光纤探头垂直距离和光纤探头距中心点左右偏移距离，采集相应的紫外光谱，并对波长为262.773 nm、265.456 nm 和274.435 nm处的光谱强度与偏移位置之间的关系进行数据拟合，拟合后的指数函数形式与理论分析相吻合。对采集的紫外光谱数据采用Burg递推算法进行功率谱估计，发现大约350 Hz的功率谱密度可作为特征参量，表明了对电晕放电点识别的可行性。
利用地面成像光谱辐射测量系统（Field Imaging Spectrometer System，FISS）获取了5种玉米籽粒的成像光谱数据，经反射率反演、噪声去除和一阶微分处理后，运用Wilk-lambda逐步判别法进行波段选择并建立判别模型。交叉验证结果表明：（1） 平均识别精度为91.6%，除了高油115的识别精度仅有87%外，其他品种的识别精度均在90%以上；（2） 在分类方案、光谱波段数、每类样本数量不变的情况下，分类精度受类别数和类别间可分性的影响；（3） 随着入选波段数的增加模型识别精度逐步提高。因此成像光谱技术在玉米品种的识别以及质量检测方面具有重要的应用前景。
为了使高分率空间TDI（Time Delay and Integration） CCD相机适应卫星大俯仰姿态角，以增强空间遥感的时间分辨率，分析了卫星大俯仰姿态对高分辨空间相机成像的影响，使用光学投影方法，定性分析了俯仰成像时不同视场处的像移速度差异；根据TDI CCD工作方式，提出了横向像移图像生成原理，建立了横向像移图像的恢复模型，并完成了仿真验证和算法精度分析。分析结果表明：卫星俯仰姿态越大时，像面不同视场处横向像移速度差异增大；从仿真实验和精度分析可以看到俯仰成像时采用横向像移图像恢复方法可以得到无横向像移的图像，横向像移图像采集位数越高，恢复后的图像灰度值误差越小。横向像移图像恢复方法增强了空间相机对卫星大俯仰姿态的适应能力，极大地提高TDI CCD空间相机敏捷成像能力。
针对传统形式三反光学系统难以实现大视场的缺点，提出了一种基于反摄远结构的三反光学系统，并获得初始结构参数求解方程。在反摄远结构三反光学系统中，将主、次镜组成反转伽利略望远镜结构形式，以便简化三反光学系统初始参数的求解方程，最终通过视场偏置的办法实现无遮拦设计。基于上述方法，采用光学设计软件Code V设计了焦距f=100 mm，F数为5，视场为2020。像质评价结果表明，系统在空间频率为50 lp/mm处的MTF值均大于0.6，像质优良。与其他三反光学系统相比，该系统不仅具有大视场，而且仅使用了两块非球面反射镜，降低了系统成本。
应用于航天遥感领域的透射式光学镜头光学元件多，分离变量多，结构复杂，成像质量要求接近衍射极限，对光学装调有着苛刻的要求。传统的透射式系统装调一般采用直装定心的方法，通过机床定心和实验室定心结合依次将各个元件的偏心和倾斜调整到预设置公差范围之内。这种方法增加了过程控制的难度，影响了装调一次成功率。在透射式系统装调中引入计算机辅助装调技术是突破传统装调方法，提高系统装调质量和效率行之有效的手段。借助计算机辅助装调技术，通过设置补偿环节的方法针对某一透射式光学镜头的初级像差进行调整，成功将系统装调结果RMS从0.084 （=632.8 nm）提高到0.046 ，实现了高精度、高效率的装调。
针对目前空间遥感器主支撑结构设计中难以同时保证光学元件刚度大、尺寸热稳定性好的问题，提出了一种具有柔性环节的支撑结构，有效地解决了影响基于空间环境的一种光栅光谱仪成像质量的力、热两个关键环境约束之间的矛盾。根据光学设计指标要求确定了光栅基板的结构形式，通过理论计算对柔性支撑的尺寸参数进行了灵敏性分析，得到了各尺寸对转角刚度的影响权重。通过优化柔性支撑件尺寸参数使光栅组件性能达到最优，利用有限元分析（FEA）软件对光栅组件在力、热耦合作用下的面形精度和动态刚度进行了仿真分析。结果表明，光栅及其支撑结构设计合理，满足空间应用要求，为柔性支撑的深入研究和应用提供了参考。
提出了一种人工复眼结构的制备技术。人工复眼结构是由类似于昆虫复眼的很多小眼组成。这些小眼分布在球冠基底上以能够像昆虫复眼一样实现大视场探测。通过分析不同制备技术的特点及适用范围，研究材料的特性以及不同材料之间的关系，并将各种制作工艺以及材料相融合，发展了一种可用于制备曲面微阵列元件的制备方法。在该方法中，利用微加工技术在平面上制备作为子眼的微透镜列阵结构；然后利用软光刻技术将该微透镜结构进行翻模，获得分布在柔性基底上的凹透镜列阵结构；最后利用浇铸复制技术将柔性基底上的结构转移到球冠基底上，获得所需的人工复眼结构。利用该方法，开展了相关实验，在曲面基底上制备出了包含20 000多个子眼的人工复眼结构。
基于制冷型320240凝视焦平面阵列探测器，设计了大口径离轴折反式中波红外连续变焦光学焦系统。系统工作波段为3.7～4.8 m，焦距范围250～2 000 mm，F数为4。光学系统分离轴无光焦度系统和透射式连续变焦系统两部分设计，匹配对接后优化。解决了透射式连续变焦系统因材料限制不能做到大口径、共轴折反式连续变焦系统短焦遮拦比大和离轴三反不能做到100%冷光阑效率的缺陷。满足100%冷光阑效率，在空间频率16 lp/mm处系统的MTF值大于0.5，具有像质好，分辨率高等特点，满足设计要求。
在光束整形衍射光学元件的设计中，为提高目标衍射图样的重构精度，提出了一种基于相位混合的迭代算法。该算法采用复振幅每次迭代循环的初始相位与返回相位的加权和为驱动函数，并以每次循环开始和结束时的光强比较作为光束相位变换的判据。简单讨论了Gerchberg-Saxton（GS）算法的缺陷，并以高斯分布-均匀分布和高斯分布-环分布为例，对比了改进算法与GS算法的设计结果。计算机仿真结果表明，改进算法的极限收敛精度比GS算法高几个数量级，其能量利用率、顶部不均匀性等指标也均优于GS算法。该算法能获得重构精度较高的输出图样，对衍射光学元件的优化设计具体参考意义。
LED芯片定位是进行芯片检测、划片、扩晶、固晶及判断芯片电气特性、芯片管脚是否达到要求，能否成功分选LED芯片质量的关键一环。针对这一问题，提出了采用先粗后精的定位方法。首先运用低倍率大视野进行LED芯片的模板匹配粗定位；然后在粗定位生成坐标的基础上，在其坐标的八领域内进行高倍率小视野模板匹配的高精度定位，这样既实现了定位的快速性也解决了定位的准确性。实验结果表明，其图像定位误差小于1 m，滑台定位误差4 m，LED芯片粗精定位系统的定位误差小于5 m，定位速度大于5粒/s，为检测机、分拣机、固晶机等设备的芯片级高精度定位系统开辟了新的方法。
采用溶胶凝胶法在白云母沿（001）方向的解理表面制备VO2/TiO2热致相变复合薄膜。利用X射线衍射仪（XRD），X射线光电子能谱仪（XPS），原子力显微镜（AFM）等手段分析了薄膜的微观结构和表面形貌，通过原位傅里叶变换红外光谱（in-situ FTIR）分析复合薄膜在不同温度下的红外透过率，研究其热致相变特性。结果表明，复合薄膜在云母解理面表面呈VO2（011）/TiO2（101）取向生长，表面致密平整。复合薄膜在金属-半导体相变前后表现出优异的光学开关效应，相变过程中的红外光（波长为4 m）透过率变化（Tr）为75.5%；相变过程陡然，透过率变化率（-dTr/dT）达15.7%/℃，滞回温宽减小到8 ℃。
使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+离子束正入射时不同离子束能量和束流密度对单晶硅（100）表面的刻蚀效果及光学性能。结果表明，当离子束能量为1 000 eV，束流密度为88~310 A/cm2时，样品表面出现自组装纳米点状结构，且随着离子束流密度增加排列紧密而有序；粗糙度呈现先减小后迅速增大的趋势，在160 A/cm2附近达到极小值；刻蚀后，近红外波段内平均透过率由53%提高到57%以上，且随着纳米自组装结构有序性的提高而增大。当束流密度为270 A/cm2，能量为500~1 500 eV时，样品表面出现纳米点状结构，且随着离子束能量的增加趋于密集有序；粗糙度呈现先缓慢增加，在1 100 eV附近达到极大值，之后粗糙度迅速下降；刻蚀后样品透过率明显提高，且平均透过率随着点状结构有序性的提高而增大；刻蚀速率与离子束能量的平方成正比。自组织纳米结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。
空时编码利用多天线阵列提供的并行信道传输信息，可以在保证通信质量的前提下进一步提高信息传输速率。介绍了笔者在正交空时码、空时网格码、酉空时码、差分空时码、混合空时码等方面的工作。采用类脉冲位置调制定义了负数、共轭、求补等运算，将编码矩阵转化为一个用脉冲位置表示的实数矩阵。分析了不同发射天线/接收天线数目、大气湍流强度与系统误码率之间的关系。讨论了差分空时码、酉空时码在不同大气湍流条件下的误码率特性；将分层空时码和空时分组码相结合，对复用增益和分集增益进行合理的折中，提出了一种适合于IM/DD式光通信的混合空时编码方案。
提出了一种新型强度调制型光纤传感器的理论模型。该模型使用单模光纤，讨论了光在准直透镜中的传播规律，利用光学透镜的准直作用，即矩阵光学原理和高斯耦合理论实现光强调制。强度型光纤传感器采用微电机系统MEMS结构的压力振动膜片拾取振动位移，通过分析施加在膜片上压力的变化及膜片尺寸得到影响双光纤位移传感器灵敏度的相关参数。仿真结果表明：合理的选择参数可以使传感器的灵敏度在不增加结构复杂性的前提下较传统方法有103量级的提高。
受大气湍流影响，空间光通信系统中接收光至单模光纤耦合效率降低，根据弱湍流理论，推导了Kolmogorov湍流信道情况下准直高斯光束至单模光纤平均耦合效率表达式，仿真了1 km传输距离下不同接收孔径下平均耦合效率与湍流强度的关系，结果表明：当大气折射率结构常数达到10-12时，耦合效率降到0.1以下，且耦合效率随接收孔径增大而降低。采用37单元自适应光学系统（AO）进行补偿实验，对畸变波前进行重构再利用反射变形镜进行修正的方法，对比不同AO状态下波面图质量及远场长曝光成像及质心位置漂移，发现AO进行低阶像差校正后，波面峰-谷值及标准差减小、斯特列尔比（SR）及耦合效率增加，进行高阶校正后情况进一步改善。
为了实现回转体目标姿态的测量，基于光电经纬仪的单站测量布站灵活，不受测站地理条件的限制，而且避免了图像的立体匹配，具有较高的应用价值。文中充分利用空间目标的几何先验知识，在用光电经纬仪单站空间余弦姿态测量方法来获得目标姿态参数的基础上，进行了进一步的完善和改进，降低了该算法对图像质量的要求，增加了算法的实用性。模拟实验结果表明，该方法姿态角测量误差小于0.5，结果稳定，能够满足回转体目标空间三维姿态的高精度测量的要求。
终端光学元件是惯性约束聚变（ICF）系统最重要的组成部分之一。文中针对ICF系统中终端光学元件损伤的高精度、高效率检测问题，对光学元件损伤在线检测技术进行了研究，以神光-Ⅲ原型装置终端光学元件为检测对象设计了光学元件损伤在线检测系统。针对终端光学元件的排布特点及其检测要求，利用CODEV软件设计了高分辨率变焦距望远光学系统；根据终端光学元件在靶室中的分布位置，设计了相应的对准及定位系统，实现了对球体空间排布的大尺寸光学元件组的远距离、高精度、实时快速检测。模拟ICF靶场环境进行了离线仿真实验，实验表明：系统的MTF曲线在68 lp/mm大于0.4，80%能量分布在22像元内。在1.8~2.8 m的工作距离下，检测装置对300 mm300 mm视场范围内60 m以上的损伤点可以通过图像处理方法进行分辨，160 m以上的损伤点可以进行精确测量；姿态调整系统各运动环节运行精度均优于13 arc sec，满足检测要求。
子孔径拼接技术可实现无需辅助元件且低成本、高精度地对大口径光学镜面的测量。针对浅度非球面，在用子孔径拼接检测平面和高陡度非球面的基础上，提出了利用圆形子孔径检测浅度非球面的算法。对其数学模型、拼接算法以及检测过程进行了分析和探讨。利用37项Zernike多项式拟合浅度非球面，用圆形子孔径进行了划分。最后完成子孔径的拼接仿真，验证了数学模型及拼接算法的可行性，同时分析了子孔径的平移、倾斜和随机误差对拼接精度的影响。
针对当前包覆型复合功能材料的需求，利用化学镀铜方法制备了表面镀铜的金属化花粉，对金属化花粉的形态、红外与微波特性进行了测试与分析。SEM图显示花粉金属化后形态保持良好，不发生破裂或变形，镀层厚度较均匀、致密。外层包覆的金属镀层使颗粒显示出特殊的红外与微波特性，而轻质花粉内核保证了颗粒具有较低的质量密度。研究结果表明：金属化花粉具有作为红外与微波波段材料的潜力。
传统的光电编码器的精度检测利用平行光管和多面体，其缺点是检测时间长，需要有经验的师傅；编码器误码检测则通过旋转编码器，使二进制灯排逐次进位，同样监测效率低，且容易错判。文中设计了一套光电编码器自动检测系统，基准编码器、电机和被检编码器同轴连接，其中24位基准编码器作为精度检测基准和位置反馈元件构成闭环系统，以DSP为核心的控制器控制自动检测系统工作在两种模式下，精度检测工作在位置模式下，错码检测工作在速度模式下，可以检测精度的同时对错码进行判别。采用该系统对两台14位编码器进行检测，实验结果表明精度检测数据与采用平行光管精度检测数据一致。该系统可提高检测效率，缩短编码器设计周期，可以推广到其他型号编码器调试与检测中。
针对锥束CT系统中几何参数失配引起几何伪影的问题，提出了一种采用空域高频能量的几何伪影自校正算法。该算法以重建图像的空域高频能量为目标函数建立优化模型，通过单纯形法迭代求解使空域高频能量最大的几何参数最优解。利用投影图像的特性提取部分参数作为输入初值，减小算法搜索范围。并采用图形处理器（Graphic Processing Unit，GPU）对自校正过程中的图像重建并行加速，减少重建时间，提高校正速度。实验结果表明：该算法具有较高的求解精度，最大相对误差不超过5%，对重建图像中的几何伪影有较好的校正效果。同时，在不影响精度的情况下减少了迭代次数，算法执行效率提高了18.8%。
利用均匀离散曲波变换（UDCT）多尺度、多方向、低冗余等特征，提出了一种新的多聚焦图像融合方法。首先使用UDCT对源图像进行多频带分解；然后根据多聚焦图像的特点，对分解后的低频子带系数运用一种基于改进拉普拉斯和算子的方案进行融合，对高频方向子带系数运用基于局部能量的融合规则进行融合，并对融合系数做一致性检测；最后重建各子带系数得到融合图像。实验结果表明：所提方法可以有效地融合源图像中的方向信息和细节特征，同时抑制了融合图像中的伪Gibbs现象；与基于拉普拉斯金字塔分解、小波变换以及轮廓波变换的图像融合方法相比，该方法取得了更好的视觉效果和量化结果。
针对在复杂环境下多目标检测与跟踪实时性差和准确率低的问题，提出了一种基于神经网络修正均方误差估计的卡尔曼滤波跟踪方法，实现视频序列的多目标跟踪。在该方法中，首先通过帧间差分法准确提取出背景，并结合背景消减法实现多目标的检测，应用形态学滤波对检测结果进行优化；然后利用Kalman_BP神经网络预测滤波器对运动目标的位置进行预测。BP神经网络的引入，主要是降低由于模型变化以及噪声等引起的Kalman滤波器的估计误差，使Kalman滤波器的预测结果更加精准；最后，通过对不同的目标贴上标签，实现目标快速匹配，根据相邻帧间同一目标形心位置以及外接矩形的一致性，建立目标链，实现多目标跟踪。实验结果表明，该算法不仅能够快速稳定地对不同场景中的目标进行跟踪，而且能够统计目标数目和显示目标的运动轨迹，与粒子滤波等方法相比跟踪更加平稳，提高了跟踪的可靠性。
针对信噪比低、背景和噪声干扰严重的红外图像，根据图像序列中运动目标的帧间相关特性以及噪声的不相关理论，基于OpenCV（Open Soure Computer Vision Library）计算机视觉库，提出了一种弱小目标的检测算法，并对检测到的目标进行了跟踪。采用能量累积的方法得到背景，然后从原始图像中去除背景，提高信噪比；利用目标的帧间相关特性以及运动信息去除噪声；最后通过Kalman滤波算法来对检测到的目标进行跟踪。实验结果表明：该检测算法能有效地从序列图像中提取出弱小运动目标，跟踪算法也能实时地进行跟踪并在目标被遮挡时准确地预测出目标位置。
为了检测红外场景中尺寸大小变化的弱小目标，针对传统滤波方法中固定大小滤波核对此类特性目标检测表现出的不足，提出一种基于尺度空间理论的红外弱小目标检测方法。首先对弱小目标特性进行分析，提出采用点扩散函数形式的目标模型来描述弱小目标；采用固定自适应邻域的方法对原始红外图像进行预处理，抑制背景杂波，增强目标能量；依据尺度规范化后的拉普拉斯尺度空间对图像不同元素滤波响应的不同，获取图像中的可疑目标，利用可疑目标点与其周围像素的梯度关系得到可疑目标点的中心坐标，并据此得到其在图中的尺寸大小；对每个可疑目标划分一个自适应大小窗口，获取分割阈值，分割出真实目标。实验结果表明，该方法能较好地检测出弱小目标，且具有较低的虚警率。
利用矩阵光学方法对探测过程进行了建模，对探测距离方程进行了推广，使方程适用于猫眼光学系统离焦、探测光束斜入射的一般情况，通过室外探测实验对探测距离方程进行了验证。理论分析和数值计算表明：回波方向相对于入射光方向存在微小的回波方向偏差角，但相同条件下回波发散角要远大于回波方向偏差角，使回波足以形成对探测系统的覆盖；在相同的探测参数条件下，回波功率只与猫眼光学系统焦距和离焦量有关，而与探测光束入射角、猫眼光学系统接收孔径无关。
传统基于子空间的目标跟踪方法以能量大小为准则建立子空间，没有考虑目标与背景之间的鉴别性，当两者间存在近似外观分布时将降低跟踪系统的性能。考虑到红外图像信噪比、对比度不高等特点，提出了一种以评估目标与背景间可区分能力为基础的子空间选择方法，并将该方法有效嵌入到粒子滤波跟踪框架下实现对红外目标的鲁棒跟踪。首先利用采样粒子分布以及当前目标状态，综合衡量粒子与目标间的特征分布差异和粒子逼近目标的程度来评估不同子空间的鉴别性，然后选择鉴别性最优的子空间作为下帧的跟踪子空间，从而实现对红外目标进行子空间自适应选择的鲁棒跟踪。对多个复杂场景下的目标跟踪实验表明所提出的算法要优于传统基于增量子空间学习的跟踪算法。
提出了一种基于特征点和重叠过渡泊松融合的红外序列图像无缝拼接方法。该方法首先采用简化的SIFT特征提取方法获得图像特征点，然后利用双向互匹配的方法提高特征点的匹配精确度，再通过引入随机抽样一致性（RANSAC）算法剔除误匹配点对并求出图像间的变换矩阵，最后将改进的重叠过渡的泊松融合完成图像间的无缝拼接。该算法具有很好的鲁棒性，允许图像有旋转变换和缩放变换，且不受图像噪声影响。实验结果表明：该方法简单有效，可以在保持图像清晰度的前提下，明显消除拼接缝隙，提高拼接图像的质量。
对数极坐标域下的图像配准方法常因相位相关互功率谱呈现多峰分布而影响匹配准确度，为此提出了一种基于区域最优峰值的相位相关红外图像配准方法。首先将待配准图像和参考图像转换到对数极坐标域，其次以自适应巴特沃斯高通滤波为预处理，最后结合归一化互相关和相位相关的相似性测度，在合理截断互功率谱半径轴低数值段的基础上，筛选出最优峰值实现自动配准，同时研究了对数极坐标变换尺寸对匹配性能的影响，给出了最优尺寸变换比。实验结果表明：该算法对噪声污染图像表现出较好的鲁棒性，对于存在平移、旋转和缩放的红外图像具有更高的配准精度。
