为了克服太空环境的复杂性，满足航天工程的空间使用要求，研制一款2 500万像素宽光谱共焦成像的微型星载相机光学系统。该系统适应卫星发射和在轨道运行的恶劣环境，具有抗冲击震动、耐太空高温差强辐射，体积小，质量轻等优点。设计的系统可在450 nm～800 nm的谱段内清晰成像，焦距181 mm，入瞳口径45 mm，视场角10.4°，边缘相对照度0.81，轴上点MTF：0.57@55 lp/mm，0.33@110 lp/mm，畸变1.2%，镜头质量622 g，外形尺寸Φ58.3 mm×117 mm，抗辐照性能≥5 krad。通过温度适应性的模拟和优化，用户进行−30 ℃～+70 ℃光学镜头热真空试验，可正常工作。该系统已成功应用于天宫二号伴飞卫星相机中，获得的图像清晰稳定，为空间遥感实验观测发挥了重要的作用。

单一探测器实现多维度信息获取是光电探测未来的发展方向。针对目标探测中能量和偏振信息不能兼顾的问题，提出了一种同时具有偏振-微光功能的像元阵列结构。通过引入白光通道和精简偏振通道，可在EMCCD器件上实现偏振和微光探测的一体化集成。实验结果表明，在微光条件下，探测器高灵敏性能被保持，低照度下的成像质量几乎不衰减；偏振模式下，白光通道和两个偏振角度使探测器能够获得足够的偏振信息，实现对目标的偏振探测。该方法实现了高灵敏度成像探测和偏振信息探测的同步获取，是一种通过算法处理就能够实现探测模式可重构的新方法。

为了解决身管内壁检测系统数据量大，数据处理环节复杂导致身管参数信息获取困难的问题，提出了火炮身管内壁检测系统的数据处理方法。在完成火炮身管检测系统搭建的基础上，针对身管的特殊结构以及激光位移传感器采集数据的特点，提出了身管内壁轮廓还原方法和膛线数据分离方法，基于最小二乘法获取身管内壁参数，并且对系统存在的误差进行了分析和校正，提高了系统的精度。实验结果证明：系统的径向误差小于0.01 mm，异常数据修正的误差小于0.01 mm，数据处理方法正确，有效解决了获取火炮身管内壁参数的问题。

目标定位是光电转塔典型功能和任务之一，对其定位精度的考量也是转塔作战技术指标之一，针对该问题，从理论和仿真角度进行了分析。分析目标定位中用到的坐标系及其相互转换关系，给出光电转塔视轴反演、有源目标定位、无源目标定位的算法流程，通过仿真实验加以验证，考虑了定位过程中可能的随机误差来源，并分析是否采用均值滤波及其对定位结果的影响，最后通过Monte-Carlo分析计算了定位精度。分析结果表明：1）有源定位比无源定位的精度高，在仿真假设条件下，精度约提高1倍；2）均值滤波后，定位精度有较大提升（约提高15倍）；3）18 km距离时典型无源定位精度在80%置信度条件下约为39.4 m；4）统计直方图反映出80%置信度CEP半径及最大误差距离随载机位置、姿态、转塔视轴等（体现在目标载机距离上）不同参数的变化结果。

大视场、低成本、高性能天文望远镜是当前研究和开发的热点。基于像差平衡原理，在正入射施密特矫正板基础上推导出斜入射反射式施密特矫正板方程，针对焦距1 700 mm，成像视场角4°，波段为0.4 μm～0.9 μm，F数为4.25的光学系统，求解出施密特矫正板方程，并作为初始结构参数代入Zemax软件进一步优化。设计结果表明，在全视场范围内，该系统在奈奎斯特频率100 lp/mm处的调制传递函数MTF大于0.35，畸变小于2.5%，成像质量达到了衍射极限。优化设计后施密特矫正板与最近球面最大偏差为0.005 mm，采用特制的补偿器结合干涉仪可完成面形高精度检测。该施密特系统的设计为大视场、宽波段天文望远镜的开发提供了参考。

环境温度是影响非球面光学系统成像质量的主要因素之一，采用热光学特性分析方法，对某机载相机非球面光学系统进行热光学特性分析，通过有限元法分析相机光学系统结构热变形，并去除镜面表面刚体位移，将面型数据输入光学软件程序进行Zernike多项式拟合，将拟合结果导入光学设计软件中，对非球面光学系统成像进行性能评价。分析结果表明：热光学特性分析方法可以有效地对非球面光学系统的实际工作环境进行仿真，预测环境温度对光学系统成像质量的影响，对光学系统设计具有指导意义。

对于长焦距摄远光学系统，大相对孔径意味着成像亮度更加优秀，但是也伴随着孔径边缘像差变差而难以校正的难题。利用折反系统减小光学系统总长，采用反射结构为基础，搭配前后两组校正镜构成光学系统，设计出大相对孔径，总长较短的摄远光学系统。光学系统工作波段为可见光波段，焦距1 000 mm，F数2.1，摄远比0.52，光学总长远小于焦距，遮拦比45%，全视场MTF在空间频率80 lp/mm处大于0.3，像面直径11 mm。该光学系统镜片全部采用球面镜，光学系统由2片反射镜和7片透射镜组成，结构紧凑，成像质量好。对摄远物镜进行公差分析，得出该设计公差较宽松。

针对目前高速弹丸飞行参数测量系统采用被动光源存在的光源能量利用率低、对环境敏感等问题，研究了一种组合式主动激光阴影照相系统。在对系统理论分析的基础上建立了高速弹丸的空间位置模型和2种测速模型。搭建了激光阴影照相系统试验平台，对系统设计的合理性进行了检验。试验结果表明：2种测速模型都能实现对弹丸飞行速度的测量，并且2种方法的对比误差比较小；弹丸空间位置在X轴方向的均方差为0.795 mm，在Z轴方向的均方差为0.496 mm。与纸靶的测量结果相比，偏离程度在1 mm范围内；该系统能够实现对弹丸飞行参数的测量。

图像在生成或传感过程中往往会受到噪声干扰，噪声干扰会给后续图像处理工作增加难度，甚至会给某些生产活动带来巨大的经济损失。结合平稳小波变换与卷积神经网络的优势，提出了一种有效的图像去噪算法。训练阶段，采用提出的算法对图像进行尺度为1的平稳小波分解后，分别把高、低频分量输入4个设计好的残差网络进行训练；在测试阶段使用小波逆变换来获得最终的预测图像。实验结果表明：在高斯白噪声水平达到σ=50时，去噪后图像的峰值信噪比（peak signal to noise ratio, PSNR）均值和结构相似性（structural similarity index method, SSIM）均值可以达到28.37 dB和0.808 0，提出的算法可以有效去除可见光图像中的高斯白噪声、自然噪声，以及遥感图像在传感过程中产生的噪声，并且在去除图像噪声的同时能较好地保留图像的边缘与纹理细节。

为了提高无人车在夜间情况下对周围环境的物体识别能力，提出一种基于多视角通道融合网络的无人车夜间三维目标检测方法。引入多传感器融合的思想，在红外图像的基础上加入激光雷达点云进行目标检测。通过对激光雷达点云进行编码变换成鸟瞰图形式和前视图形式，与红外图像组成多视角通道，各通道信息之间融合互补，从而提高夜间无人车对周围物体的识别能力。该网络将红外图像与激光雷达点云作为网络的输入，网络通过特征提取层、候选区域层和通道融合层准确地回归检测出目标的位置以及所属的类别。实验结果表明，该方法能够提高无人车在夜间的物体识别能力，在实验室的测试数据中准确率达到90%，速度0.43 s/帧，达到了实际应用要求。

精确去除骨架毛刺是干涉条纹骨架提取的最为关键的一个环节，可以应用于激光的干涉条纹检测。提出一种基于骨架特征的去除干涉条纹骨架毛刺算法，算法的主要方案包括：获取骨架的特征点、八邻域链表追踪。首先对像素点进行逐个扫描，获取骨架的4种特征点：端点、节点、毛刺点、主干点，其次使用基于特征点的八邻域链表算法提取所有毛刺点、主干点，然后基于节点进行差分运算并剔除毛刺，最后对处理后的图像进行迭代处理直到干涉条纹骨架毛刺完全去除。利用OpenCV机器视觉算法对毛刺图像去除进行仿真，得到的结果通过1 000个毛刺图片验证，毛刺去除的正确率达到94%。该算法相较于传统方案具有较高的针对性，保留骨架主干部分，去除其余毛刺部分，在干涉条纹检测方面具有广阔的应用前景。

为提高微光夜视图像质量，提出一种基于图像分割和局部亮度调整的颜色传递算法。用简单线性迭代聚类结合K均值聚类对微光图像进行分割，在YCbCr颜色空间中利用子区域与参考图像每一个像素点上亮度的一致性，将匹配参考图像的颜色分量传递到目标图像的子区域，以目标图像纹理特征中对比度的值作为系数，调整目标图像子区域的亮度值，进行颜色空间转换并显示颜色传递结果。搭建了微光图像成像系统，进行了微光图像分割及完成了微光图像的颜色传递。结果表明，改进的分割算法将图像中不同的景物分割出来，得到的彩色微光图像的峰值信噪均值达到12.048 dB，比Welsh算法平均提高2.63 dB。

研究了三维物体圆柱型层析计算全息技术：分别将不同深度三维物体的圆柱截面与对应的点扩展函数进行卷积后叠加获得位于全息面的物光场分布，并与参考光干涉获得计算全息图，再现该全息图可对原物体实现360°观测。首先建立三维物体圆柱型层析计算全息模型，推导系统点扩展函数与不同方向采样间隔所需满足的条件；然后通过理论与实验分析了物体不同圆柱截面半径、波长对空间频率和系统传递函数的影响，采用峰值信噪比和均方误差来评价再现图质量；最后对三维地球模型采用圆柱型层析计算全息编码，再现了不同观察角度与深度的信息。仿真结果表明，该方法对于一般三维物体360°全视场显示具有较高的应用价值。

针对太阳能电池组件中电池片出现隐裂导致整片电池破碎,最终影响整个组件发电量的问题，在对电池组件光致发光（PL）图像待检测区域筛选定位的基础上，提出了一种利用卷积神经网络（CNN）进行电池组件隐裂缺陷检测的方法。首先利用PL成像方法获取电池组件图像，然后对图像进行预处理，基于聚类的方法对待检测目标区域进行筛选定位，最后利用3种不同结构的卷积神经网络模型对电池片进行缺陷检测，并进行准确率对比，使最优识别准确率达到99.25%。实验结果验证了该方法能准确地检测出太阳能电池组件的隐裂缺陷。

TensorRT是一个高性能的深度学习推理平台。它包括一个深度学习推理优化器和运行时为深度学习推理应用程序提供低延迟和高吞吐量。给出了一个使用TensorRT快速构建计算管道的例子,实现通过TensorRT执行智能视频分析的典型应用。该示例演示了使用片上解码器进行解码、使用片上标量进行视频缩放和GPU计算的4个并发视频流。为了演示的简单性，只有一个通道使用NVIDIA TensorRT执行对象标识，并在标识的对象周围生成包围框。该示例还使用视频转换器函数进行各种格式转换，使用EGLImage来演示缓冲区共享和图像显示。最后采用GPU卡V100对ResNet网络进行TensorRT加速性能的实际测试,结果表明TensorRT能够使吞吐量提升大约15倍。

针对现有对固体火箭发动机推进剂燃烧时产生的羽流流速测量方法的不足，提出了将可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术应用于羽流流速的测量方法，通过测量燃烧产物中H₂O分子位于1 392 nm处的单根吸收谱线特征，根据多普勒效应建立的光谱频移和分子速度之间的关系来获得气流流速，解决了接触式测量方法会干扰羽流场和传统非接触式测量中示踪粒子不均匀的问题，并且取得了有效试验数据，通过对试验数据进行分析处理，得到了发动机的羽流流速。

基于激光吸收光谱技术的气体检测手段具有非接触，分辨率高，灵敏度高等优势，然而激光在线检测气体过程易受温度变化导致其浓度测量偏差增大。以氨气为研究对象，探究了温度对氨气吸收谱线线强的影响规律及影响机制，搭建了非常温条件（298 K至323 K）氨气激光检测实验平台，提出了气体吸光度-温度关联式法对浓度反演结果进行修正处理。结果表明：浓度一定时，总配分函数比值rQ是氨气分析吸收线强随温度升高过程中的主导控制因素，总配分函数比值与温度的负相关关系造成氨气光谱吸光度随温度升高而降低；修正前浓度反演值随着温度升高而降低，温度达到323 K时，浓度反演值为3.13%，与标准浓度值相比其误差高达37.4%，经过修正后的浓度反演值与标准浓度值的相对误差在0.2%～1.4%范围内。

空间均匀性是成像光谱仪辐射定标的核心参数之一。通过对国内外均匀性测试方法研究，提出采用空间分布法对光栅式成像光谱仪的空间均匀性进行测试研究。该方法能准确给出各个位置点信号响应的详细分布，对于提高并改善光栅式成像光谱仪的图谱质量具有重要的意义。空间分布法建立在高稳定性、高均匀性标准光源的基础上，由计算机软件对测试结果进行图谱分离，提取同波长下空间响应信号获得光栅式成像光谱仪的空间均匀性。最后分析了空间均匀性测量不确定度的影响因素，并分析了空间均匀性对绝对辐射定标和光谱精度的影响。

由于太赫兹波对极性物质有很高的灵敏度，因此可以利用太赫兹时域光谱技术检测沙粒中含有的微量原油。将微量的原油浓度与太赫兹衰减系数之间建立起线性模型。同时引入有效介质理论来证实太赫兹介电常数与原油含量低于200 ppm之间的线性关系。结果表明，太赫兹时域光谱技术可以成为检测沙粒中微量原油泄漏的有效方法。

动态液膜三维形貌的高速测量及重建，对于能源动力领域的工业过程优化十分重要。基于傅里叶变换轮廓术，对缓变表面和非缓变表面分别进行了模拟仿真，研究了物体表面形貌重建精度的影响因素，包括物体表面高度变化率、环境随机噪声以及条纹频率。并根据模拟结果对实验参数进行了优化，研发构建了高速三维结构光测量系统，对竖直壁面下降液膜表面形貌进行了动态测量。实验结果表明：随着液膜沿竖直壁面向下流动，液膜厚度呈现先增大后减小的趋势，高度方向的平均误差为0.1 mm，傅里叶变换轮廓术能够精确地应用于动态液膜高速测量。

基于彩虹Airy理论分析了一阶彩虹强度分布的折射率和直径的灵敏度，并利用经验模态分解法对彩虹信号进行分解与重构，提出了一种有效分离彩虹强度中Airy信号和高频Ripple分量的方法。根据液滴的一阶彩虹分布，设计了液滴折射率和直径同步测量的彩虹−经验模态反演算法，该算法有很强的抗噪声特征。实验中测量了水滴和不同浓度乙醇液滴的一阶彩虹分布，研究结果表明，彩虹−经验模态法对液滴的折射率和直径测量精度分别为10⁻⁴和1%。

挡光板是近代投射式汽车前照灯用于调节近光灯配光性能的重要部件。采用聚焦法调整挡光板拐点的位置可以有效地抑制投射式前照灯近光照射时光型截止线上的色差和梯度问题，具有提高驾驶员视觉舒适度和行车安全指标的功能。采用一种基于有延展反射面的挡光板的多曲面LED前照灯的光学设计，使用NX10.0建立结构模型，LucidShape软件进行仿真，配光屏幕最大照度值为51.9 lx。研究基于有延展反射面的挡光板的光学设计与常规挡光板的光学设计的配光差异，以及两者在吉利汽车2017年提出的近光路照标准下两者数据对比情况。结果表明：具有延展反射面的挡光板可以有效提高配光Ⅲ区各点的基础数值，进一步提高行车时道路前方40 m～50 m处的视觉亮度，利于辨清道路前方及行人情况。

提出了一种基于像差特征分析的变焦系统共轴性装调方法。针对某型20倍变焦光学系统的装调，在分析变焦光学系统装调要求的基础上，通过采用光学定心加工技术，提高变焦系统各镜组内光学元件的同轴度；采用Zygo干涉仪，检测变焦系统在长短焦位置的像差特性分布；借助CodeV软件仿真计算各光学元件在系统中的公差灵敏度分布，并确定产生像差影响的敏感光学元件；在中心偏测量仪上，完成最终光学系统像质的调整。此外，还设计了一种变焦光学系统各动组间同轴度调试装置，对变焦相机主镜筒机械内孔轴线与直线导轨的平行性进行了精确测量，保证了动组组元光轴的同轴精度。装调结果表明：变焦系统成像质量有明显改善，像面一致性得到保证，长短焦轴上传递函数值分别优于技术要求值0.45和0.55，长短焦轴外0.7视场传递函数值优于0.25和0.35，实现了高精度装调，验证了该方法的可靠性。

为解决裂隙灯转鼓装校时人眼对转鼓图像中的十字叉丝的中心距离计算存在的不确定性问题，提出一种基于改进的概率Hough变换的转鼓数字化装校技术。通过对原图像预处理、改进概率Hough直线检测、制定直线交点筛选规则，实现了高精度的转鼓图像十字叉丝直线检测和叉丝中心距离计算。实验表明，改进的概率Hough变换能够准确地检测图像中的十字叉丝，并将多余直线100%拟合成4条直线；利用交点筛选规则可以准确筛选出2个有效交点。该装校技术能够实现转鼓数字化装校，以数字信息来提示工人转鼓装校优劣，且能够满足转鼓生产线上的实际需求。

为实现微波光子系统的高集成度、高可靠性，进行了一种微波光子探测器组件的封装设计与实现。介绍了定制化封装设计思路，选择可伐合金作为壳体材料，采用的卧式贴装方案中选用斜面透镜光纤，给出了封装工艺流程和关键工艺点，最终封装的组件光电耦合效率在68%～79%之间，满足总体指标需求。该组件通过混合集成封装方法，实现了微波芯片与光子芯片在同一封装内的阵列化集成及气密性封装。该组件的封装设计与实现方法，可用于其他微波光子产品，有助于提升光载射频传输系统的集成度与可靠性。

复合薄膜因其可具有比单组份薄膜更加优异的性能而得到广泛的应用。通过以膜层的防护、催化、电学、光学以及力学性能等复合思想为切入点，阐述了通过膜层的复合掺杂旨在增强合金的抗腐蚀性，提高润滑摩擦性能，改善膜层的导电性能以及进行光学薄膜折射率和光谱吸收的调控，增强膜层的硬度及拉伸强度等机械性能的方法。对国内外的相关前沿成果进行简要介绍，并对复合薄膜的未来发展进行展望，为相关领域的研究提供参考。

基于分布反馈式（DFB）光纤激光水听器，针对传统相位生成载波（PGC）解调方案中的不足，提出了一种新型的单路微分相除（PGC-SDD）解调算法。与传统的微分交叉相乘（PGC-DCM）和反正切（PGC-Arctan）解调算法相比，该方法仅需要双通道的1路信号作微分处理，以较少的运算步骤和计算量达到解调信号的目的。PGC-SDD算法能够更有效地应对环境引起的光强扰动和调制深度引起的谐波畸变，使解调结果更接近待测信号。对3种解调算法进行仿真和实验验证，结果表明：采用PGC-DCM解调其信噪比约12.4 dB，PGC-Arctan算法的信噪比约13.9 dB，PGC-SDD算法的信噪比达到了17.5 dB。

大深度工作环境下，静水压会引起分布反馈式光纤激光水听器反射中心波长漂出解调系统的复用窗口，使水听器无法解调目标声压信号；不同的静水压也会引起分布反馈式光纤激光水听器灵敏度的变化，影响光纤激光水听器阵列的一致性。基于电力声类比理论，提出带静压补偿的分布反馈式光纤激光水听器探头，建立结构的声压传递函数，分析各结构参数对传递函数的影响，为分布反馈式光纤激光水听器探头频率响应平坦化设计提供理论依据。加工制作了耐静压分布反馈式光纤激光水听器样品进行测试，在0 kHz～10 kHz频率范围内声压灵敏度波动范围不大于±2.4 dB，2.3 MPa内出射激光中心波长漂移量不大于0.06 nm，对深水光纤激光水听器的研究具有指导意义。