随着光电探测与制导伺服机构对精度和响应速度要求的提高，传统伺服机构中诸如间隙、空回、磨损及摩擦等现象逐渐成为制约系统性能提高的主要因素。分析了高精密光电探测装备在车辆、舰船、飞机等载体上应用现状与未来需求，指出了光电探测装备伺服机构技术发展中面临的挑战和设计制造瓶颈，阐述了加强对精密传动机构的精度与动力学特性分析、机构制造、机械与控制集成设计方法等方面研究的重要性，并针对影响伺服机构性能的若干重要问题，提出了相应的研究策略与思路。

为了使红外镜头能够在宽的温度范围内工作，在红外光学系统的设计时就要充分考虑热对光学性能的影响，并要进行光机热集成分析。论述了光机热集成分析方法及流程，并设计了一个焦距f=200 mm的冷光栏匹配的宽工作温度的红外镜头。建立了红外镜头的有限元模型并进行了热力学分析，对分析的镜面变形结果数据进行了处理，得到各镜片间隔和面形变化，代入光学软件得到了热环境对光学成像质量的影响。分析结果表明，对于-40℃~+60℃红外镜头的各个视场，16线对的调制传递函数都大于0.5，具有良好像质。所设计的红外镜头结构简单可行，能够满足设计要求。

研究了基于三结型（InGaP/InGaAs/Ge）高效太阳能电池的太阳能光伏发电的高倍聚光系统。该系统采用高次非球面光学玻璃卡塞格林系统，运用Zemax和Tracepro光学设计软件完成200~500倍太阳能聚光系统的设计，同时设计了单片型高倍太阳能聚能光学组件，用热压成型方法研制了太阳能聚能透镜（副镜）。采用16个性能相同的聚光光学组件和相同数量的三结型太阳能电池组成高倍聚光型太阳能光伏组件，极大地提高了聚光比，为太阳能光伏发电的高倍聚光器设计提供参考和依据。

从轴准直误差、动态滞后误差两方面分析了采用俯仰轴叠加于方位轴光机座结构方式的光电跟踪仪在高俯仰角跟踪时的误差变化及由此导致的盲区问题，从轴准直误差和动态滞后误差两方面对高仰角跟踪盲区的形成及其空间分布进行分析，并用MATLAB进行了仿真，给出跟踪盲区随方位、俯仰角变化的的分布图形。从盲区分布图形可以看出：光电跟踪仪在性能一定的情况下，跟踪盲区随着仰角增大而增大，并结合直线航路给出这两种误差导致的跟踪盲区的计算方法。跟踪直线航路实验数据显示跟踪误差随着仰角增大而增大。

为了实现激光驾束制导信息场性能参数检测，设计了基于虚拟仪器技术的激光驾束制导仪信息场仿真系统，将仿真系统应用于信息场性能参数与空间匹配特性检测系统中，实现对检测系统的校正与自检。信息场模拟器的设计精度达到0.001单位指令，输出的信号具有相位连续、动态范围宽、稳定可靠、精度高、扩展性强等优点。检测系统经过模拟器和标准照度计标定后，指令测试可以达到精度0.01单位指令，照度测量精度为5%，光斑尺寸测试精度为5%，光轴失调量为0.00876。通过对信息场参数检测, 验证了方案的可行性，达到了检测系统的测试精度和稳定性，符合测试设备模块化、通用化、智能化和标准化的要求。

空间相机光学窗口与周围环境进行热交换，导致窗口的温度发生不均匀变化，包括整体温度水平的变化以及产生径向温差、周向温差和轴向温差。这些温度梯度将影响相机的光学系统质量。针对某相机光学窗口温度分布不均匀的特点，提出利用非顺序光路建立复杂光瞳的方法对光学窗口进行分区，在各子区域上建立温度的径向分布特征，然后将各子区域的变化再统一到整个元件中，进而评判对整个系统的影响。结果表明，新方法合理可行，温度周向不均匀分布会降低光学系统质量，并且不能完全通过离焦来补偿。

讨论LED光源的半光强角对LED之间的最大间距的影响，采用Matlab软件对LED单元照度数据进行计算及仿真，给出相应的仿真图形。仿真结果表明:LED光源之间的最大间距与其功率无关，由于仿真的结果与理论计算值相吻合，说明在计算中所建立的LED的光学模型具有较高的可信度，所得结果为LED多阵列（如圆形，矩形，椭圆等）的仿真及应用设计奠定了理论基础。

显示器的色域（Color Gamut）决定了显示器能够显示的颜色范围。由于CRT和LCD的显色原理不同，同样的RGB值在不同的显示器上将表现出不同的颜色。通过实验的方法，对不同显示器进行大量不同颜色样块的测量，研究比较LCD和CRT的显色特性和色域。结果表明：LCD的显示色域比CRT要小,并且基本上被完全包围，也就是在CRT上能表现出的图像颜色无法在LCD上表现出来；另外从颜色视觉的感知属性来看，它们所表现出来的颜色明度、彩度和色调范围也有很大的差别。

随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大，利用Zemax光学设计软件设计一款大相对孔径800万像素的广角镜头。该镜头由1片非球面玻璃镜片，3片非球面塑料镜片，1片滤光镜片和1片保护玻璃构成。镜头光圈值F为2.45，视场角2为68，焦距为4.25 mm，后工作距离为0.5 mm。采用APTINA公司的MT9E013型号800万像素传感器，最大分辨率为3 2642 448，最小像素为1.4 m。设计结果显示：各视场的均方根差（RMS）半径小于1.4 m，在奈奎斯特频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5，畸变小于2 %,TV畸变小于0.3 %。

设计了一大视场短筒长的红外反远距物镜。针对红外物镜的特点，对反远距物镜进行高斯光学分析，找出进一步小型化的途径；根据探测器参数，提出了光学系统的参数，焦距10mm，F/#为1.2，视场60。实例方案中，光学结构采用4片硅片，2个二次曲面；光学系统长度小于57 mm，外径小于24 mm，利用内调焦及充足的调焦范围，使光学系统在-40℃~60℃的工作温度范围内全视场调制传递函数曲线在截止频率处大于0.45；设计系统体积小，视场大，成本低，便于机械安装，环境使用范围广。

为满足某地面实验中视觉测量系统的研制需求，研究了一种基于单幅图像的大尺寸实际平面上光点的定位方法。通过建立关于实际平面上光点3D坐标的数学模型，结合利用图像确定的通过光点的空间光束，实现了由单幅图像确定光点的3D坐标。依据具体特点，把实际平面分为高阶曲面型、分块平面型和分块曲面型3种类型，并分别给出了相应类型的光点定位方法。仿真实验验证了所提出方法的正确性，并比较分析了方法的精确性；实际试验数据表明，所提出方法可以满足尺寸为8000mm8000mm的大型实际平面上光点的定位需求，定位误差小于1mm。

时间分辨力是变像管扫描相机的重要技术参数，提出了将超分辨率图像复原理论应用于超快诊断研究，首先阐述了图像超分辨率复原在超快诊断中应用的可能性，给出了变像管扫描相机图像点扩散函数的分析和计算方法。最后，基于PoissonMMAP（MPMAP）超分辨力复原算法，获得了Au阴极X射线变像管扫描相机的图像复原结果，实验结果证明了方法的有效性，为变像管扫描相机时间分辨力的提高提供了一种新的途径。

为了实现多目标轮廓高效跟踪，提出了基于方向预估计的边界跟踪算法。研究了多目标轮廓模型表达以及轮廓初始点选取方法，为多轮廓跟踪提供模型依据。定义了4方向操作模板和方向矩阵实现轮廓走向的估计，通过定义权重矩阵避免轮廓跟踪算法进入搜索陷阱，提高算法的鲁棒性。对多组头部MR图像进行实验，结果表明，在同等边界数据情况下，新算法跟踪效率较变窗爬虫跟踪算法和传统跟踪算法平均提高约21%，鲁棒性明显增强。

针对大孔径静态干涉成像光谱仪(LASIS)的成像特点，提出了一种基于三维非对称等长树小波变换的无链表SPITH算法结合ROI的图像压缩方案。首先，对干涉高光谱图像进行三维非对称等长树离散小波变换。其次，采用ROI方法对主要的光谱系数进行保护。最后，采用改进的三维无链表SPITH算法，编码干涉高光谱图像的小波变换域。实验结果表明，该方法在8∶1压缩比下，获得大于40 dB的平均峰值信噪比，同时有效地保护了光谱信息。

为了实现对光学相干层析成像系统的实时自动监控，在光学相干层析成像技术的基础上以LabVIEW为开发平台，设计调试了一套生物组织光学特性测量的控制系统。该系统主要包括参考臂驱动程序模块和数据采集卡的数据采集程序模块，各模块既相互独立又有机地组成一个整体。使用该系统对不同浓度的Intralipid组织模拟液进行了测量，实验结果表明模拟液的散射系数可靠，而且系统具有开发周期短、成本低、维护简单、可移植性强等特点。

为了找到一种安全、高速的图像加密方法，通过计算明文和密文的信息熵、灰度值等参数，研究了利用光电器件,采用流密码和位平面分解相结合的加密方法的安全性和该方案的抗破译能力。结果表明，该方案中, 对含信息量越少的图像，加密后平均灰度变化值越大；这种灰度变换的加密方法掩盖了各像素点之间的相关性，密文像素点灰度随机分布，分析者无法获得明文图像的灰度分布状况,使得分析者无法通过相关度分析提取图像轮廓，有效隐藏重要信息。因此，该加密方法具有极高的安全性，同时应将密文平均灰度值作为评价参数之一。

为了实现对前向像移的补偿，提出一种通过合理调整快门曝光时间和飞机速高比之间的关系来补偿前向像移的方法，对前向像移产生的原因进行研究。介绍彩色面阵CCD工作原理、相机工作原理，从光学系统成像原理的角度分析产生前向像移的原因，还分析了速高比和曝光时间误差。实验结果表明：速高比误差和曝光时间误差均可控制在合理误差范围内，满足前向像移量小于1.5个像元尺寸的补偿要求，达到了测绘相机的精度指标。

针对传统红外图像增强算法中存在的问题，提出一种结合小波分析与直方图的红外图像增强方法。采用正交小波变换对红外图像进行处理，得到小波各层的分解系数；运用双向直方图均衡法对红外图像的低频子带小波系数进行处理，利用阈值滤波的细节系数增强法对红外图像的高频子带小波系数进行处理，经小波逆变换图像重构得到增强后的红外图像。实验结果分析表明：该方法可以提高红外图像灰度值，增加了约一倍的细节信息量，克服了噪声的放大，提高了红外图像的对比度、细节和层次感，是一种有效的红外图像增强方法。

为了进一步提高光声重建图像的质量，采用滤波反投影算法进行图像重建。实验所用的光源为YAG激光器，波长为1 064 nm，重复频率为20 Hz，脉宽为7 ns，探测器为针状的PVDF膜水听器，接收面的直径为1mm，得到了4个圆形吸收体和5根头发的光声重建图像。仿真和实验结果表明：通过对信号进行滤波，能很好地抑制噪声信号，明显提高图像的对比度和分辨率。

构建了一套光谱测量系统，以太阳光为光源，利用高精度成像光谱仪采集太阳光谱，选取某一时刻的太阳光谱为参考，结合当时的污染气体浓度数据，应用差分吸收原理，反演出其他任意时刻的NO2浓度。运用Origin7.5软件进行光谱解析，根据HITRAN数据库绘制吸收截面谱，并获取指定数值的应用，实现了对光谱谱线的定量分析，并且误差小。该反演过程具有光谱处理失真低以及反演参量精度高的特点，一定程度上提高了太阳光谱反演气体浓度的精度。实验结果与其他设备测量结果一致，证实了该方法的可行性。

提出一种评定角点检测不确定度的新方法。建立了一个像素强度不确定度数学模型，该数学模型在像素强度不确定度与像素强度和图像梯度之间建立了联系。给出了实现角点检测不确定度评定的具体方法：首先利用像素强度不确定度数学模型估计每个参与角点检测的像素的强度不确定度，然后再用蒙特卡罗方法估计出角点检测的不确定度。以经典SUSAN角点检测算子为例，对文中提出的角点检测不确定度评定方法进行了验证。实验结果表明，使用该方法能准确地估计出角点检测结果的不确定度。

针对现有双CCD交汇立靶在室内使用时存在的光源复杂的问题，提出一种单线阵CCD相机立靶测量原理。采用一台线阵CCD相机，配合两个小功率半导体扇形一字线状激光器和投影板作为光源，将CCD相机的探测光幕面和激光光源的光幕面调整在同一个面内，当弹丸穿越探测光幕面时，挡住了两个激光器投射在投影板上的部分光线，并在投影板上留下对应两个激光器的弹丸的投影，CCD相机采集到两个投影点的影像，并通过计算机处理得到投影点的位置坐标，进而求得弹着点的X，Y坐标。给出了测量原理及公式，并对测量误差进行了分析，结果表明，在测量靶面为1 m1 m时，X和Y坐标测量误差均小于1.4 mm，该方案具有测量原理简单，成本低、且易于工程化的优点。

通过研究分析海水中几种主要物质的固有光学特性，提出了基于生物光学算法的机载蓝绿激光雷达检测海洋悬浮粒子的方法。针对海洋悬浮粒子的两类代表物质浮游植物和非色素悬浮粒子，采用生物光学算法，分别构建了基于机载蓝绿激光雷达的浮游植物叶绿素浓度检测模型和非色素悬浮粒子浓度的检测模型。仿真计算可以证明这两个检测模型能有效探测出浮游植物叶绿素浓度的大小和非色素悬浮粒子浓度，为实际海洋悬浮粒子的检测提供理论基础和技术支持。

空间光电图像中的小目标检测可视为对目标信号的奇异值检测问题，而基于小波变换的多尺度分析是信号奇异值检测的重要方法。文中阐述了现有小波多尺度分析方法进行小目标检测的原理，并针对其运用中存在的模极大值线难以搜索以及目标定位精度不高的问题，利用小波函数的对称性及空间小目标信号近似对称的特点，提出了一种通过分析小波大小两个尺度来直接对光电小目标进行检测的方法，并对该方法进行了实现与仿真。仿真结果表明，该方法可以有效提高小目标的检测速度和定位精度。

火焰探测器被广泛运用于各种火灾防范系统。文中论述了火焰探测器的应用、产品结构特点以及火焰探测器检测技术。在此基础上提出了一种探测器检测所用光源。该光源由黑体和紫外灯组成，利用黑体温度与峰值波长的对应关系并结合滤光片及光栏的选择，构造人工火焰。达到检测火焰探测器的目的。文章从理论上给出系统光谱辐照度表达式和系统仿真结果，同时也给出了实际测量结果。包括用标准探测器对黑体标定的结果、紫外光源测量结果以及红外谱段内黑体与标准火焰的比对结果。测量结果表明该系统可以满足常规火焰探测器检测的需求。

设计并开发了光纤扫描式激光光斑测量仪。光纤探头采用逐行扫描的方式对激光光斑进行扫描，采集的光信号经能量转换、数据采集，最终传输到电脑，再由软件绘制出光斑图像。针对于大口径、脉冲激光光斑的测量提出了一种快速扫描的方案，并在此基础上计算分析了仪器的测量精度和测量时间这两个重要参数。与CCD摄像法进行了对比实验研究，结果表明：相对于CCD摄像法会受到接收屏的散射及成像系统误差带来的影响；此设备采用直接测量的手段，能够更加准确地获得光斑的实际尺寸以及光斑能量的空间分布。应用该仪器成功地进行了聚焦光束传输质量的测量。

深入研究了线双折射光栅中透射光偏振特性的演变过程。采用耦合模理论和琼斯矩阵分析了传输距离、双折射大小、入射起偏态等因素对透射光偏振特性的影响，并利用邦加球中描绘了偏振态的演变趋势。结果表明：光栅中的线双折射和传输距离会改变传输光的偏振态，偏振态的波长相关曲线会随传输距离和线双折射的增大而不断扩展，入射起偏态的不同并不改变偏振态的拓展趋势。同时，第一斯托克斯参量与偏振相关损耗在峰值波长点上存在对应关系，两者幅值均与线双折射呈单调递增关系，可应用于传感测量。

随着红外成像探测系统向长线列和大面阵方向发展，红外数据量大幅度增加，传统的数据传输技术已不能满足这么高的传输速度要求，针对这个问题采用先进的PCI（peripheral component interconnect，外设组件互联）Express（简称PCIE）技术和光纤高速传输技术，系统速度达到100 Mbyte/s以上，解决了红外图像超高速传输问题，并通过实验采集到了高质量的红外图像。结果表明，该系统对高速红外图像采集具有很高的实用价值。

现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤，相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角，其内包层的直径很小，因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器，可以大幅度提高泵浦光功率，实现增益光纤的多点泵浦，在双包层光纤放大器中使用良好，安全稳定，实现了较高的耦合效率，达到了70%，信号光通过率98%，信号输入与泵浦输入的隔离度大于50 dB，泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现，熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。

根据QMEMS陀螺的特性，在对现有卡尔曼滤波方法分析的基础上，根据自适应滤波理论和UD分解理论，提出了一种改进型自适应滤波方法，该方法可去除QMEMS陀螺在采样过程中产生的异常值，并增强惯性导航系统的实时性和稳定性。通过对QMEMS陀螺实际输出数据的滤波仿真显示，该方法去噪效果明显好于卡尔曼滤波方法，利用该方法对QMEMS陀螺的采样数据进行处理，可以为惯性导航解算提供更为准确的数据，提高惯性导航系统的精度。

基于传输矩阵法，数值研究了掺杂对一维光子晶体带隙特征的影响。研究表明：掺杂时，禁带中心会出现一导带，导带深度会随着掺杂位置、杂质折射率的变化而发生变化。当晶体结构给定时，总存在一个掺杂位置，使其禁带中心的导带深度达到最深；而对于给定的掺杂位置，当杂质折射率为某特定值时，禁带中心同样也会出现一个深度最深的导带，这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。

为了实现高速信号的降速处理，设计并通过实验演示了一种高速全光串-并转换系统。在方案中，利用时钟脉冲自身的频谱宽度和光纤中四波混频的高速响应特性，可以从一个光分频时钟脉冲出发，利用光纤中群速度色散（GVD）致脉冲展宽效应，把一个重复频率为10 GHz的时钟窄脉冲在时域上展宽，并通过光纤中的四波混频过程，将一路40 Gb/s 的归零（RZ）码信号转换成为4路10 Gb/s信号，完成串-并转换功能。该方案响应速率高，对波长和码率透明，并具有很大的转换路数可拓展性。

为了实现对两反光学系统的精密装调，提出一种基于矢量波像差理论和波像差检测技术对失调量精确求解的装调方法。使用矢量波像差理论，将已设计的两反光学系统参数、失调量和失调光学系统的波像差之间建立方程；然后通过干涉测量法得到某一个视场的干涉图，利用条纹分析软件得到表征失调系统三阶彗差和三阶像散的泽尼克项系数，将泽尼克项系数代入方程从而求解出失调量。运用此方法对4 m口径RITCHEY-CHR-TIEN结构的天文望远镜进行模拟装调，最终求解的失调量与引入的失调量结果相互吻合，说明该装调方法正确。

针对大型激光系统中光束质量低和波前畸变等特点，采用离子辅助电子束蒸发技术成功实现对多层膜残余应力的精确控制。通过分析氧化铪、氧化硅单层膜残余应力变化规律，研究了离子源束压、束流参量对膜层折射率、残余应力性质及大小的影响。540 mm340 mm60 mm规格大口径传输反射镜面形PV值达到0.5(=632 nm)，小光束损伤测试情况下，样品元件的损伤阈值大于30 J/cm2(N-on-1,1 064 nm,5 ns)，利用该技术制备的大口径传输反射镜已获得成功应用。

为了满足光学非线性器件设备对工作材料的要求，探究具有高阶非线性效应的固态薄膜材料的制备方法，并对其光学特性进行表征，采用化学插入法，将甲基蓝染料分子插入到具有纳米量级的层状钛酸盐片间，制备了甲基蓝-钛酸盐纳米聚合物薄膜，通过吸收光谱和荧光光谱的测定，发现薄膜的吸收峰相对于染料溶液发生了明显的蓝移，表明染料分子在纳米片间是H-聚集排列。进一步应用单光束连续He-Ne激光Z-扫描技术研究了样品的非线性光学特性，结果显示：插入染料分子的钛酸盐纳米MB/HTO聚合物薄膜具有负的非线性折射率，在低功率连续激光作用下聚合物薄膜的非线性折射率系数n2的量级为10-10 m2/W。

研制一种在光子嫩肤仪中用于产生标准谱段的滤光片。采用石英作为基底，选择TiO2和SiO2作为高低折射率材料，采用needle优化方法压缩通带波纹，通过真空镀膜和离子辅助的技术，研制出了200 nm~550 nm平均透过率低于0.3%、570 nm~1 200 nm平均透过率高于95%的光子嫩肤用滤光片。在制备过程中，解决了TiO2的吸收问题和薄膜厚度控制的问题；通过多次实验，分析了波长漂移产生的原因并提出可行方法。

介绍了多光谱激光复合点目标运动模拟系统的构成和工作原理。该系统用于光电火控装备及成像导引头系统的研发及验证。3种激光波长（0.65 m、0.808 m、10.6 m）可满足电视（0.4 m～1.1 m）和长波红外成像（8 m～11.5 m）光电跟踪系统的动态仿真测试。12 m半径1/4球幕在0.4 m～12 m宽波段漫反射率大于0.7，点目标运动范围:方位0～ 90；俯仰0～90。该技术已用于车载防空光电火控系统半实物仿真试验评估中，跟踪精度从0.4 mrad 提高到0.2 mrad。

混沌激光相关法测距技术可用于汽车防撞、光纤及电缆断点检测等，其中混沌信号的快速采集、存储以及处理是重要的单元技术。基于数据采集卡设计并实现了混沌激光测距系统的数据采集与处理，利用Visual Basic平台，开发了采集、存储的控制软件，并提出和编制了平均离散消除算法以实时地实现混沌信号的高信噪比相关运算。利用该采集处理系统，实验获得了低于0.25 m的光纤断点定位精度。

为了获得具有更高输出功率和良好光斑分布均匀性的半导体激光光源，根据半导体激光优良的偏振特性，利用偏振分光棱镜将2束大功率激光束合成为一束更大功率的光束，通过一个发射系统投射。在光束合成前采用非球面光学系统对每个激光器慢轴方向的光束进行扩束，使其与快轴方向光束发散角基本一致。实验证明，此种半导体激光复合光源具有良好的光斑均匀性，其输出功率是2个半导体激光器输出功率之和，完全满足激光制导等军用系统对激光功率和光斑均匀性的要求。

对KTP-OPO的相位匹配进行了理论分析和计算，并绘制了角度调谐曲线。基于光参量振荡器，选用KTP非线性晶体，在1.57m人眼安全激光波段进行了实验研究。将脉冲氙灯侧面泵浦Nd∶YAG 1.064 m激光应用于腔内KTP-OPO设计中，在工作频率5 Hz时，输出激光能量32 mJ，脉冲宽度7.22 ns，光光转换效率为41%。这一结果使重频远距离人眼安全激光测距成为可能。

简要概述了半导体泵浦碱金属激光器(DPAL)的产生背景与独特优势，以其特性为基础、应用为导向，基于国内外最新进展分析了谱线匹配、连续稳定运转和提高输出功率这三大问题，并对新型复合受激态准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)的基本原理及优缺点进行了阐述。通过对碱金属激光器现有解决思路进行对比和总结，在能级理论和缓冲气体作用机理、泵浦机理和腔结构以及高功率定标放大等方面，对未来可能的研究方向进行了展望，以期突破DPAL相关技术瓶颈，实现高能量高光束质量的红外激光输出。