目标跟踪与定位中的一个重要步骤就是摄像机标定，其目的是估计摄像机的外部和内部参数。在严格的几何约束关系之上建立准确的数学模型，提出一种快速得到摄像机中心的方法，然后通过合理的求解次序获得其他摄像机参数，保证了标定参数的精度。利用计算出来的标定参数校正失真图像中的各个像素位置以重新得到像素间原来的空间关系，从而产生精确的不失真图像，并且利用摄像机标定参数对标定模板上的点进行位置计算后，再和实际位置比较进行检验。图像的校正效果实验以及精度验算的结果表明：提出的算法得到了准确可靠的标定参数，和其他算法相比有效提高了精度，能够满足运动跟踪时目标特征位置估计的精度要求。

三轴光电跟踪系统可以全方位跟踪空间目标，在地平式光电跟踪系统天顶盲区内通过转动X轴实现快速高精度跟踪。用多种三轴光电跟踪系统对地平式天顶盲区进行判定，包括目标距离信息判定方式、Z轴转动速度判定方法、预置盲区判定方法等。判定方法的选择直接影响三轴光电跟踪系统的跟踪精度。理论分析和仿真表明：以Z轴的最大保精角速度来判定地平式盲区的出入点使三轴系统在天顶附近有更高的跟踪精度，且可实现跟踪方式的平稳过渡。

在相同硬件条件下，四象限光电检测系统的线性区间和响应灵敏度等会因算法不同而产生差异。首先分析光斑定位的常用算法，通过数值积分和曲线拟合得出具有高斯分布的激光光斑位移量在不同算法下的修正曲线，设计制作了一套精度较高的数字式四象限光电定位系统，并使用该系统验证了理论推导结果。

目标的最佳描述区域对于建立目标特征、目标跟踪、目标轮廓求取具有非常重要的意义。针对这类问题，提出了一种目标区域最佳椭圆描述确定方法。新方法首先根据目标和背景的差别确定出目标区域，然后利用尺度空间理论计算出目标的最佳椭圆描述。实验表明：新算法可以有效、准确地确定出目标包含区域的大小和方向。

为提高光学相关图像识别的准确度和抗畸变能力，引入多重复合匹配滤波器概念,探讨一种新的识别思路。它融合了综合鉴别函数和K-L变换的经典思想，改善了单个匹配滤波器动态范围太小的状况，对图像尺度变换有较宽的适应范围，从而提高了光学模式识别系统的识别效率。仿真结果表明，对尺度缩小1/2的情况，采用此思路可使其滤波的刷新速度比常规方法提高4倍，从而验证了算法的有效性和可行性。

鉴于马卡望远镜离轴能够减小因副镜遮挡引起的光能量损失，分析了马卡望远镜离轴使用时，合作目标和非合作目标发射和接收光路的区别。讨论了马卡望远镜在外差探测系统离轴使用时，发射能量提高，但外差效率下降的原因；在合作目标外差探测系统离轴使用时发射能量提高30%以上，外差效率也有很大提高；通过对散射体目标物和平面镜的测量，分别得到了17%和85%的外差效率，验证了马卡望远镜在合作目标外差探测系统中可以离轴使用。

通过对方位瞄准系统中折转光管的传光特性的理论分析，推导出折转光管安装误差与出射光线偏移量的关系式和光能损失的计算公式，并概述了折转光管的结构形式原则，为折转光管在方位瞄准系统中的使用提供了理论依据。

采用离子交换工艺和精密加工技术制作了方形自聚焦透镜5×5阵列，并对其成像特性进行研究。结果表明：方形自聚焦透镜阵列相对于圆形孔径阵列而言，能有效增大填充系数，提高受光面积，其多重像和综合像的像质均匀,成像质量好。分析了导致多重像偏离和综合像变形的原因，并给出解决这一问题的关键技术。

实验研究了基于导模共振的反射型电光调制器采用的棱镜耦合方式，在棱镜上面镀有4层膜，依次为银膜下电极-极化聚合物-缓冲层-金膜上电极。对这种衰减全反射（ATR）型的聚合物波导电光调制器进行了视频调制实验，采用静态偏置电压稳定模式同步角方法，结合对入射激光束进行监测，解决了视频调制中激光器噪声对模拟信号调制影响的问题，提高了工作稳定性。实验结果表明：该电光调制器具有良好的线性和较高的灵敏度。

以转镜式高速分幅相机作为记录载体，设计并建立了高速阴影系统。用该摄影系统研究在爆轰加载下金属表面的微喷射现象，以及由此产生的波阵面发展过程。通过获取的阴影图像观察到了带有特定形状缺陷（矩形槽、盲孔）锡自由表面的微喷射演变过程，给出了微射流的形状，冲击波阵面以及喷射物头部的运动速度等物理信息。

黄光用作雾灯是由于相对其他色光灯其穿透能力较强的缘故，但黄光的波长范围约有15nm。介绍了人工造雾方法，说明了干冰不适合于人工造雾的理由。讨论了实验中光波长范围的一些选择因素，详细介绍了实验装置，特别强调了实验装置中的6个要点：即光源的辐射功率要大；单色仪的出入射狭缝要合理且两者宽度应调成一致；会聚透镜的焦距要大；加湿器最后出口的孔必须是方的；真空泵和雾气收集罩的作用；微机控制单色仪波长鼓及测量信号的自动记录。得出LED在用作雾灯时的最佳波长为578nm。

介绍了发光二极管（LED）的发展简史。提出可能影响LED可靠性的几种因素，主要有封装中的散热问题和LED本身材料缺陷。对于LED可靠性，主要方法是通过测试其寿命来分析其可靠性，一般采取加速实验的方法来测试推导LED寿命。介绍了根据加速应力(主要分为单一加速应力和复合加速应力2种)评价LED寿命的测试方法。在不同加速试验应力条件下测试了大功率LED可靠性，并建立了LED寿命的几种数学模型。最后根据具体实例，通过选择加速应力和试验方法，给出具体推导LED寿命的数学公式。

分光膜都是倾斜使用的，不可避免地存在S和P 2个偏振分量的分离。在许多实际应用中，这是一个迫切需要解决的刺手难题。基于Thelen和Costich理论，选择初始膜系材料和结构，并在Needle合成法与Conjugate graduate精炼法的帮助下，采用全介质材料设计了532nm，633nm和1315nm三波长宽角度消偏振平板型分光膜，空气中入射角的变化范围为45°±5°。结果表明：在宽角度范围内，此膜系在(532±10)nm，(633±10)nm和(1315±10)nm范围的偏振分离都能比较好地满足消偏振要求。

为了研究膜系设计领域内的全局性优化方法，提出了基于遗传算法的膜系设计方法。编制了用遗传算法进行膜系设计的通用程序，并在各种类型的减反射膜设计中取得了成功。结果表明：基于遗传算法得到的减反射膜具有与近期发表的膜系结果相一致或更好的光谱性能和全局性。同时在应用遗传算法进行膜系设计时，不需要给定初始膜系，可以设定膜层厚度边界和膜层数，这对于设计和镀制有现实意义的光学薄膜极为有利，并且只要改变目标反射率就能推广到其他膜系的设计中，具有良好的可移植性。

综合分析目前各种综合孔径光学系统的结构和成像特征，并对它们作了比较。使用数值模拟方法，对单环轴对称综合孔径光学系统和双环结构的轴对称系统进行分析，研究了轴对称综合孔径光学系统的结构形式及其调制传递函数(MTF)，并对其成像性质作了评估与比较。讨论了一种4+2双环结构的轴对称综合孔径系统的结构形式，对其成像特点作了详细描述，最后运用图像复原维纳滤波器对系统成像图做了处理，以使这种轴对称综合孔径系统具有更理想的成像效果。

为了将Zemax的光学系统设计和分析功能与Matlab强大的矩阵计算和数据分析功能很好地结合起来，对Matlab和Zemax的DDE（dynamic data exchange 动态数据交换）通信技术进行了研究，并将其应用于计算机辅助调腔技术的数值模拟过程中。通过动态数据交换完成Matlab对Zemax的控制，实现了二者之间的数据传递，即在Matlab的控制下，实现对光学系统结构的改变，并获取输出光束的Zernike多项式系数值,从而大大方便后续数据处理工作。同理，其逆过程可以将计算得到的结果反馈到光学系统中，用于系统优化。二者的动态数据交换技术可提高研究过程中数据的可靠性和工作效率。

为解决透射式Cs2Te光阴极厚度不均匀问题，通过理论和实验研究，分析了产生此问题的机理及其影响因素。这些因素包括：蒸发源发生器形状及其与阴极基底之间的相对位置；Cs/Te原子在阴极基底表面上完成化学反应所需的结合能以及制作阴极前基底表面所能达到的温度均匀性水平等。实验证明，上述最后一个因素是影响Cs2Te光阴极厚度不均匀的主要原因。通过改变加温程序，优化保温时间，均衡阴极基底与阴极托盘温度梯度等途径，使得制作的透射式Cs2Te光阴极厚度不均匀性由原来的76.4%,改善为＜10%。

为了提高MCP像增强器亮度增益，在微光像增强器中采用了新的电子倍增机构，即微通道板（MCP），并对作为电子倍增结构MCP的噪声产生机理进行分析。在MCP其他参数不变的条件下，通过调整MCP入射电子的能量和入射电子角度分布，优化了MCP最佳工作信噪比的工作条件，实现了优化MCP像增强器信噪比,提高了MCP像增强器的亮度增益。

提出一种基于光线追击法的CFD湍流场的红外成像模型，用“数字图像”模拟“真实目标”进行仿真计算。通过对比原始图与仿真结果，得出超高声速导弹附面层可引起降晰效应的结论，为弹载计算机的图像复原算法提供了理论依据。按照导引头的工作原理，把模型分为远距离、临界距离和近距离3种类型分别讨论，最后分析了点扩散函数与数字图像处理中降晰模板之间的关系。

针对红外图像目标具有边界模糊不清，区分效果较差的缺点，结合Ostu阈值法和梯度矢量流主动轮廓模型（GVF Snake），提出一种目标轮廓自动提取方法。采用Ostu法先对图像进行分割，然后将得到的边界作为Snake模型的初始边缘轮廓,利用 GVF Snake特性将初始轮廓准确地收敛到目标边界。由于Ostu算法具有将目标物体从复杂背景中分割开来的优点，使得在应用 GVF Snake模型对复杂图像进行分割时减少了人工的干预。实验证明：该方法运算速度快，能够快速地收敛到目标轮廓，并准确地跟踪目标，具有一定的抗噪能力。

用平面波计算拍频条纹间距时，因激光器中存在衍射效应，且实际光强分布为高斯型，故给光电探测器光窗尺寸计算带来很大误差(40%)，导致系统不能正常工作。为此，以高斯光束为基础，利用光电探测器测得2路信号的相位差，通过数值计算得到2束光拍频条纹间距，由此计算得到理想相位差光电探测器的尺寸。最后，用实验验证了该设计方法的可行性，为RLG光电探测器光窗尺寸的设计提供了一种简单准确的方法。

提出一种改进激光偏振主动成像的实验方法，给出实验装置原理图，详细分析实验装置的成像原理。在分析目标Mueller矩阵测量方法的基础上，给出改进后激光偏振成像装置偏振度和强度的计算公式，从理论上证明了该方法的可行性。然后针对实验仪器的要求分析了实验装置存在的误差，以及Cassegrain望远镜对目标散射光的消偏现象。该方法与利用双旋转波片技术（DRRT）测量目标散射光的偏振度和强度相比可以降低对实验装置的精度要求，同时可以提高测量速度，不需要进行16次测量，只需1次就可以测量出目标散射光的偏振度和强度，进而得到偏振度和强度图像。

由于小波变换具有准确度高、抗噪性好等优点，在微多普勒效应探测方面具有很好的应用前景。利用多尺度分析（MRA）将信号进行分解并提取出含有微多普勒效应的低频平滑信息，获取了目标微小振动引起的微多普勒效应。用频谱分析和基于瞬时频率(Instfreq)的时-频域联合分析方法对原始信号及通过MRA分解得到的结果进行了对比研究。结果表明：利用时-频分析对MRA处理后的低频信号进行分析，可更加有效地提取微多普勒效应中振动信号的特征，为目标特征的识别、分类和探测提供了便利。

针对激光雷达散射截面的测量精度，指出测量中存在的背景散射问题。给出了激光雷达散射截面的测量方程，分析了地面、支撑架等背景散射对激光雷达散射截面测量精度影响的机理。根据测量方程和影响机理提出了敷设消光材料、多次比对测量、尺寸匹配等方法，并对敷设消光材料法进行了实验验证。实验表明：所用方法能够有效地减小背景散射，提高激光雷达散射截面的测量精度。

光栅扫描光谱仪的入射光线和出射光线的方向是固定的，在光栅转动下进行分光，这与光栅不动而入射光方向改变的分光方法不同。由光栅方程出发，计算出电脑自动控制多光栅转动的光谱仪测试系统的角色散率、线色散率和分辨本领，得出光栅扫描光谱仪的角色散率、线色散率和分辨本领等参数公式。所得结果与光栅不动而入射光方向改变的光谱仪的角色散率、线色散率和分辨本领不同。这为光栅扫描光谱仪的使用和研究提供了理论依据。

宽带光放大是指在整个硅基光纤最低损耗带1.4μm～1.7μm能够获得有效信号净增益的光放大。研究高效的宽带光放大材料可以大大满足人们提高通信容量和实现光集成的要求。材料体系的研究主要集中在稀土掺杂氧化物薄膜、玻璃材料和有机聚合物材料上。着重从宽带的获得、发光性能的改善和发光机理的探索3个方面介绍了稀土掺杂玻璃和薄膜材料的研究进展。结合已经取得的结果和积累的经验,探讨了提高发光效率的方法，指出纳米结构设计的共掺材料体系可以获得有效的宽带发光。最后展望了本领域的发展前景。

采用电子束蒸发工艺，利用泰勒霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪，研究了不同基底粗糙度、不同二氧化锆薄膜厚度以及不同的离子束辅助能量下所沉积的二氧化锆薄膜的表面粗糙度。结果表明：随着基底表面粗糙度的增加，二氧化锆薄膜表面粗糙度呈现出先缓慢增加，当基底的粗糙度大于10nm后呈现快速增加的趋势；随着二氧化锆薄膜厚度的增加，其表面均方根粗糙度（RMS）先减小后增大；随着辅助沉积离子能量的增加，其表面粗糙度呈现出先减小后增加的趋势。

采用椭偏法测量入射光波长为0.632μm，入射角为50°～85°时合金钢的光学常数。考虑材料表面的粗糙度，用Ohlidal-Lukes理论对所测光学常数值进行了修正，发现椭偏参量的修正量随入射角增大而增大。结果表明，测量入射角在50°～70°范围内测量值与修正后计算结果基本一致，在70°～85°范围内测量值与修正后的计算结果差距较大。因此，用椭偏法测量合金钢光学常数时使入射角小于70°，测量结果会更加准确。

在复杂恶劣的气候条件下进行高精度的轴角测量已经成为发展空间应用技术的主要瓶颈，其中空间温度交变和振动环境，严重制约着空间用轴角测量装置的精度和使用寿命。分析了空间应用环境造成光电轴角测量装置输出误码和器件老化机理，提出一种在空间复杂环境进行高精度轴角测量的系统解决方案。给出了系统硬件设计方法，并采用了一种码盘信号自适应处理技术，弥补了传统的光电轴角测量方法的缺陷，在保证轴角测量高精度的前提下，提高了空间测角平台的可靠性和使用寿命。实验结果表明：测角分辨率为0.618″；测角误差峰-峰值为6.2″。

传统傅里叶变换轮廓方法(FTP)在测量表面突变的物体时，受物体高度变化所引起的非截断相位变化的影响，相位难以正确展开。利用双频光栅投影可以解决这一问题。在总结了传统测量方法与双频光栅测量方法的基础上，提出采用彩色复合光栅投影的测量方法。该方法只需一次采集，就能消除图像背景分量与高次分量对测量的影响，在扩大测量范围的同时可达到双频技术测量突变效果。最后，对3种方法的实际测量结果作了对比分析,证明彩色复合光栅投影方法得到的测量精度最高。

边缘检测在数字图像处理和计算机视觉中有着重要的应用。对数字图像处理中具有代表性的Sobel边缘检测算法进行了分析。针对该算法存在检测出的边缘粗且对噪声极其敏感的缺点，提出了一种改进算法。该算法对实际图像中出现的边缘类型进行了数学模型描述，然后把连续型的边缘模型作为研究对象，重新构造了对图像边缘方向进行检测的模板。针对Sobel边缘检测基于一阶导数极大值或二阶导数零交叉而带来的边缘定位准确度不高的缺点，对图像梯度图进行了细化处理。仿真结果表明:该算法对图像噪声干扰有较强的抑制能力，提取的边缘定位准确、结构细腻。

以光栅光谱仪为基础，光电倍增管作为探测器，运用VC++语言设计了计算机采样界面，形成了荧光光谱分析的钞票识别光电系统。在紫光灯激发下，对钞票进行了荧光光谱特性分析，设计了基于荧光光谱分析的钞票识别光学系统、光电信号的检测和信号处理系统。测试结果表明：真假币的荧光光谱曲线有着明显的区别，它们的峰值分别为545nm和525nm。设计的荧光光电系统灵敏度高，可靠性好。

通过建立非理想正交反射镜改变光线的几何模型，研究正交金属反射镜的消偏性能。模拟计算结果显示：在0.4μm～10μm波段内，非理想正交镀银反射镜的线偏振灵敏度优于铝、金等正交反射镜，且对光束偏振度的改变最小，因此正交镀银反射镜在高精度偏振遥感探测中值得广泛应用；若把角度误差控制在0.5°内，则正交镀银反射镜的偏振特性对偏振遥感器的辐射度和偏振度影响很小，具有较好的消偏性能。

为了实现光子晶体的多通道滤波，对设计出的一维掺杂光子晶体进行了数值计算和理论分析。结果表明：多通道透射峰的波长与空气膜厚度呈线性变化，不同厚度的空气膜可以截到数目不同的透射峰，多通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n2的增加而减小。以此为基础，设计出滤波通道波长的可调范围达60nm，滤波通道半高宽的可调范围为1nm～5nm，滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体三通道可调谐滤波器。

为提高生物传感探测的灵敏度和响应速度，基于平面光波导理论，运用消逝场原理在生物传感领域的应用，在相同条件下比较了平面波导单模和多模2种模式下消逝场区域能量的大小，并且用VC和Matlab工具模拟论证单模能量高于多模。理论计算表明：单模和多模的荧光效率分别为5.83%和1.75%，在此计算中单模的荧光效率比多模的高。因此，在生物传感及其相关应用中，选用平板光波导的单模模式具有一定的优越性，为实际设计提供了理论依据。

为研究干涉条纹空间频率与透射式全息图衍射率的关系，在相同条件下，拍摄以平面波、发散的和会聚的球面波分别作参考光、物光的透射式全息图，通过实验测量其衍射效率，同时计算了干涉条纹的空间频率。然后以会聚的球面波为物光，平面波为参考光，分别改变入射角和球面波会聚点到记录面的距离制作另外4块透射式全息图，并计算了它们的空间频率，测量了其衍射效率。结果表明：在相同条件下制作透射式全息图时，衍射效率只由空间频率决定，与使用何种参考光和物光无关，空间频率仅随参考光和物光的夹角变化而变化。

通过推广经典傅里叶域内的混合输入输出算法，研究分数傅里叶域内二维复图像的相位恢复问题。给出算法的具体实施过程，并进行了数值模拟。结果表明：对于级次在0与2之间的分数傅里叶变换，当级次在1/2与3/2之间时，该算法较好；对于其余的级次，该算法的效果不能令人满意。

考虑单个二能级原子穿过2个空间分离的单模腔场，研究原子质心运动的动能、腔长与腔间距对原子透射率的影响。结果表明：当原子的动能比较大时，原子有足够的能量穿透腔场对其的阻挡，此时只有腔长的变化对原子的透射有微小的影响而腔间距的作用则可以忽略；当原子的动能较小时，原子本身的能量小于腔场势垒的能量，此时腔长与腔间距对原子透射率的影响极为明显。

采用将环形光阑的窗口函数展开的傅里叶级数与复高斯函数的乘积的方法，推导出平面波经过含环形光阑光学系统的近似解析传输公式。利用该公式对光束通过含环形光阑的光学系统的传输进行了数值模拟，计算并分析了不同遮拦比下轴上光强分布和横向光强分布的特点。结果表明：轴上光强分布和横向光强分布与环形光阑的遮拦比有关。该研究方法和结果可推广到其他光阑，对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值。