高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜，系统主体采用一体化的柔性支撑设计，驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现，反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器，使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析，对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求，采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法，采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试，结果表明，在±500″角度范围内，调整镜到位时间在3 s以内，控制误差小于2″，可以满足系统要求。

分体式探测光幕实现室内靶道弹丸初速测试时，探测光幕的灵敏度直接影响初速测量的精度。研究了线光源配接镜头式接收装置组成大面积三角形探测光幕的灵敏度分布，考虑光学镜头离轴效应和线光源随距离衰减现象，将探测光幕内不同位置处光照度等效到线光源处，假设光幕厚度均匀，弹长始终大于幕厚，弹丸遮挡探测光幕所形成的面积与当前区域光幕截面积之比等效为弹径与当前位置处光幕宽度之比。在4.8 m×2.4 m 三角形探测光幕上进行理论仿真与实弹试验验证，仿真分析与实弹试验结果一致，靠近镜头处灵敏度大，远离镜头处灵敏度小，且关键探测区域内模拟电压幅值标准差为0.05 V，均匀性符合测试要求。研究结果可为三角形探测光幕的工程设计提供参考。

矢量光场在其传输和与物质相互作用过程中，光场状态的时空演化区别于传统偏振光，具有独特的矢量化特征。研究了晶体二氧化碲（TeO₂）对于径向偏振矢量光场的调控特征，通过斯托克斯参量的测量，分析了3个晶体样品的偏振态演化规律，揭示了TeO₂晶体的旋光特性，表明其可以起到和双λ/2波片相同的偏振调控效果。研究结果有助于理解矢量光场在双折射晶体中的传输特性，促进矢量光场相关晶体器件的设计与应用。

针对自动聚焦耗时长的问题，通过对调焦过程中图像清晰度的变化规律进行分析，在调焦范围内确定了有效区间，根据清晰度变化斜率调整驱动速率，改进并实现了一种调焦机构限区间变速控制方法。与常规的控制方法相比，本文方法具有行程短、速度快和精度高的优点。实测结果表明，该方法最短聚焦时间小于1.5 s，可以作为同类光学镜头通用的自动调焦控制方法。

稳定精度是光电吊舱稳瞄系统的重要指标，为了减少在稳瞄控制中陀螺漂移对稳定精度的影响，需对陀螺漂移进行补偿。提出一种基于导航系统的光电吊舱测漂和补漂方法，即在光电吊舱测漂阶段，通过机载导航系统的位置数据、姿态数据及吊舱轴角值计算地球自转在平台中的分量，测量出更加准确的陀螺漂移；在稳定控制回路中，通过导航系统分别补偿陀螺漂移及地球自转分量。该方法可将陀螺测漂过程中的地球自转分量和陀螺漂移有效分离，并在稳定控制回路中实时调整地球自转分量，从而提高稳瞄系统稳定精度。试验结果表明：通过对比10 min常规测漂和基于导航系统的测漂结果，稳定控制漂移累积误差中俯仰角由常规方法的1.80°减少到0.04°，航向角由0.77°减少到0.04°。

针对使用透射式测量系统难以提取太赫兹波段高吸收样品电磁参数的难题，采用反射式时域光谱系统分别测量了极性液体和非极性液体的时域光谱。通过时域有限积分算法对太赫兹波在样品中的传播特性进行建模，并使用高斯混合模型重新构建反射光谱，从噪声中恢复了原始的太赫兹时域信号，解决了反射式系统信号易受干扰导致的电磁参数发生伪波动的问题。实验结果表明，使用恢复信号计算得到的水和液体石蜡在0.4 THz～2 THz波段的折射率和消光系数，与使用原始信号计算得到的结果相比，有效地消除了波动现象，去趋势波动分析（detrended fluctuation analysis, DFA）标度指数较之原始信号计算值分别上升了7%、3%、29%、31%，验证了该方法的有效性和正确性。

针对二维陀螺平台方位瞄准线控制在过顶位置时因驱动轴和敏感轴存在非线性约束导致的不稳定问题，分析了不同类型扰动源对方位瞄准线稳定的影响及其随俯仰角变化的规律，提出了基于扰动源分类控制的过顶稳定方法。该方法采用反馈和前馈双通道复合控制结构，在过顶位置时基于控制结构自身消除陀螺测量噪声放大导致的内生力矩扰动，通过增加前馈通道的滤波环节，抑制横滚扰动高频分量引起的力矩扰动，解决了过顶位置时方位驱动轴震荡的问题，同时通过反馈通道和前馈通道分别实现对方位扰动和横滚扰动低频分量的有效隔离。仿真结果表明，该方法能够大幅衰减陀螺测量噪声和横滚扰动高频分量引起的方位电机力矩扰动幅值，增强系统稳定性。最后通过某二维陀螺平台进行了实验，过顶位置时瞄准线方位经受振动条件下的稳定精度由82.4 μrad 减小为44.6 μrad，经受摇摆条件下的隔离度由−14.54 dB提升至−27.85 dB。实验结果验证了该方法能够有效提升过顶位置方位瞄准线的扰动隔离性能。

针对某车载上反稳瞄系统中火炮瞄准线稳定精度0.2 mrad的要求，提出在惯性速率稳定闭环内增加高增益的加速度闭环校正，形成多闭环的控制回路，并通过ITAE(integral of time-weightde absolute error)最优控制对系统控制回路的PID参数进行整定。对上反稳瞄系统构成进行分析，对控制系统的负载、陀螺和无刷力矩电机等闭环回路进行建模仿真；利用ITAE最优控制器对多闭环控制系统的PID控制参数进行调节；对系统添加随机干扰和单位阶跃响应，测试其相关性能。测试结果表明：相比传统的调整PID参数和单速度环控制系统，基于加速度多闭环ITAE最优控制器可以使系统抗扰动性能提高约78%，超调量减小约23%，摇摆稳定精度提高约29%，可较好地满足上反稳瞄系统稳定性能的要求。

根据CCTV（closed circuit television）镜头的使用需求，以“非相似”成像原理为基础，设计了一款双波段CCTV鱼眼镜头。系统工作波段480 nm～850 nm，可见光和近红外光双波段成像，可实现昼夜监控。镜头F数1.8、视场角180⁰、焦距1 mm、光学总长7.76 mm，具有大相对孔径、大视场角、小型化等特征。采用7组9片式反远距结构，无特殊玻璃、无非球面，大大降低了系统复杂化程度和加工制造成本。利用光学设计软件Zemax对其进行光学系统设计，选取1/3英寸CCD作为探测器，在奈奎斯特频率120 lp/mm时，其各个视场的子午调制传递函数曲线和弧矢调制传递函数曲线值均达到0.5以上，接近衍射极限，成像质量很好。全视场场曲均小于1 mm，相对畸变小于25%，相对照度在95%左右，满足CCTV镜头的使用要求，可广泛用于监控侦察等领域。

为实现并行化、非接触、实时的细丝直径测量，设计了一种基于复杂可编程逻辑器件（complex programmable logic device，CPLD）的阵列细丝直径实时快速检测系统。阵列化传感系统，使用CPLD解算直径，并行测量多条细丝。显著降低了系统的数据传输量，缩短了直径解算时间，提高直径检测频率至5 kHz，实现了对24根细丝阵列并行测量。在0.1 mm～0.3 mm及0.3 mm～1.0 mm的直径范围内动态测量重复精度分别为3.5 μm和8.3 μm，动态重复性误差百分比绝对值分别低于1.21%与1.43%，满足了实时快速检测阵列细丝直径的需求。

由于大气湍流的影响，远距离光学成像设备获取的图像会出现严重的退化现象，例如几何畸变、运动模糊和离焦模糊等。目前主流的湍流复原算法通常依赖于非刚性配准、重建，或者从长时的视频序列中寻找稀有的“幸运区域”，这些方法均需要庞大的计算量或者提前获得完整视频数据，无法满足实际应用场景的实时性要求。因此，提出一种可在FPGA中实现的实时湍流复原算法。该方法利用大气湍流的随机性，通过连续帧信息对图像进行时间域的滤波，解决了图像几何畸变的问题；然后，将频域的维纳滤波转换为较为容易实现的空间域卷积，解决了图像模糊的问题。实验表明，本文算法不仅满足了实时性要求，同时有效地实现了湍流图像的复原。

针对当前图像分割算法在实现工业铸件内部缺陷分割上精度低且算法不够轻量化的问题，提出一种基于改进DeepLabv3+的工业铸件内部缺陷检测算法Effi-DeepLab。该方法采用EfficientNet中的MBConv来代替原有的Xception模块进行特征提取，使特征提取网络更加高效与轻量化；针对工业铸件内部缺陷尺寸小的问题，重新设计空洞空间金字塔池化（ASPP）层中空洞卷积的扩张率，使得卷积块对小目标具有更高的鲁棒性；在解码端充分利用特征提取阶段的低阶语义信息进行多尺度特征融合，以提高小目标缺陷分割的精度。实验结果表明，在本文使用的汽车轮毂内部缺陷图像数据集中，Effi-DeepLab模型对缺陷的分割准确率和平均交并比（mIoU）分别为93.58%和89.39%，相比DeepLabv3+分别提升了2.65%和2.24%，具有更好的分割效果；此外，还通过实验验证了本文提出算法具有良好的泛化性。

为了提升光电系统对于目标的探测识别能力，实现单光子探测三维点云数据和二维可见光图像的融合处理，提出了单光子探测成像系统的融合处理算法，采用直接线性变换方法并利用同名特征点的选取和间接平差算法解决了融合处理过程中的参数标定问题。通过实验数据进行融合处理算法验证，实现了分辨率1024×768像素单光子探测三维点云和二维可见光图像的像素级融合处理。实验结果表明，提出的融合处理算法能够有效实现三维、二维图像的融合。

为了实现对多通道投影画面重叠区域亮度的准确调节，设计了基于B样条曲线的投影图像边缘融合方法。首先，根据投影幕、外界光照环境以及投影仪自身性质设定衰减函数与伽玛校正的参数。接着，通过摄像机采集投影画面的重叠区域并计算每个像素点的颜色强度，通过理想值计算峰值信噪比。然后，比较二次B样条曲线与三次B样条曲线的校正精度与灵活度。最后，通过三次B样条曲线对投影图像进行边缘亮度优化直到峰值信噪比达到标准值为止。实验结果表明：投影画面重叠区域的R通道经B样条曲线优化后峰值信噪比提升了9.13 dB，G通道峰值信噪比提升了6.09 dB，B通道峰值信噪比提升了7.53 dB。基于B样条曲线的投影图像边缘亮度优化技术提高了投影画面重叠区域亮度调节的准确度。

针对常用的图像特征匹配算法对具有视差的图像在图像特征匹配阶段会产生大量误匹配点的问题，提出了一种AKAZE（accelerated-KAZE）算法结合自适应局部仿射匹配的特征匹配算法。首先，采用AKAZE算法提取特征点；接着，采用二进制描述符M-LDB(modified-local difference binary)进行描述并进行暴力匹配产生粗匹配点对；最后，基于图像的仿射变换可以提供较强的几何约束这一特性，采用自适应局部仿射匹配完成精匹配。实验结果表明，该算法针对具有旋转变化、尺度变化、视角变化的图像匹配，具有提取特征点均匀、匹配准确等效果，提取的正确特征点数量分别平均相对于SIFT算法提升了1.66倍、SURF算法提升了1.08倍、ORB算法提升了6.92倍、GMS算法提升了1.23倍，能够满足具有较大视差图像匹配的需求。

为提升复杂环境装甲目标的检测精度，提出了一种显著目标检测算法，该算法通过视觉注意机制与联合金字塔上采样模块分别获取视觉注意机制约束的低层次特征与多尺度池化语义特征，利用聚合策略进行融合，提升低对比度或遮挡情况下的目标表征能力。测试结果表明，文中算法对复杂场景下多尺度目标均取得了良好的检测效果，其精度、召回率与平均精度分别为72.2%、71.4%与77.1%，能够满足实际应用需求。

在飞行试验过程中，高速摄影测量站点呈现数量多、分布散且人机分离的特点，为了同时获取起飞着陆段2个分离区域的多目标实时测量数据，基于组播概念提出了一种分布式高速摄影网络系统，设计了一种高效的无关联信号高速像机触发判据算法，通过实时获取多种机载以及动平台数据，通过图像处理的方法完成多维立体化高速摄影测量系统的实时精准智能控制与海量数据的实时卸载，实现8台不同类型高速像机的测试影像智能获取，测量系统误触发率降低至0.76%，有效提高了工作效率，保证了飞行试验数据的准确性和高效性。

氨气是大气中常见的污染气体之一，其浓度检测结果易受到环境温度的影响，为准确检测氨气浓度，必须对温度的影响进行修正。该文将遗传算法与差分吸收光谱技术相结合，对氨气检测过程中温度的影响进行研究。基于紫外差分吸收光谱技术，搭建了296 K～328 K温度下的氨气检测系统，采用遗传算法对氨气检测结果进行温度补偿。结果表明，通过实验获得的温度补偿模型可有效消除温度对氨气检测的非线性影响，从而提高检测精度。在328 K温度下，44×10⁻⁶氨气检测结果的误差降低了26.97%，随着温度变化，线性相关系数均在0.998 16以上；6×10⁻⁶氨气在温度补偿前后系统的检测限分别为0.198×10⁻⁶和0.278×10⁻⁶。

针对地面最小操纵速度试飞的光电测试需求，提出一种基于机载摄影测量与地面光电跟踪测量相结合的光电测试方法。简要介绍了地面最小操纵速度试飞光电测试系统设计；详细论述了系统标定、地面跟踪目标自动检测、基于机载摄影的飞机偏心距测量、基于光电跟踪测量的飞机航迹与速度测量等方法原理；总结了飞行试验测试实施流程；最后开展了飞行试验验证。试验结果表明，该方法有效可靠，可提供直观的飞机侧偏过程画面，实现飞机偏离跑道方向优于2 mm、高程方向优于2 cm和航向优于5 cm的定位测量精度，完全满足地面最小操纵速度试飞对光电测试数据的完整性、直观性和准确可靠性等要求。

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振军事目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题，研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源，通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术，在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能，对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量，测量结果表明，该测量装置的残余偏振度低于0.2%，可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。

微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）声学薄膜对流片、存储和封装环境要求极高，其表面缺陷会影响MEMS器件的质量和性能。图像检测缺陷是一种有效的非接触光学检测手段，可以有效提高MEMS生产的良品率，然而MEMS器件表面的周期性结构纹理会对缺陷检测产生干扰。提出了一种基于频域变换的声学薄膜缺陷检测算法，通过计算频谱图的梯度分布和建立布尔掩码以消除图像中周期性结构纹理对应的主频分量，将剩余频谱图进行傅里叶逆变换重构缺陷图像，对重构图像采用单层Haar小波分解去噪获得低频子带图像，采用简单的阈值分割提取缺陷信息，展示了不同种类MEMS声学薄膜的缺陷检测效果。实验结果表明，缩放常数\begin{document}${t_g}$\end{document}的取值范围为0.7～1.0比较合理。

随着微光夜视技术不断发展，微光夜视器件呈现出了品种多、性能差异大、应用领域广的特点，如何从众多的微光夜视器件中梳理出其发展主线，已成为微光夜视器件从业者的研究热点。回顾了零代、一代、二代、三代、超二代微光夜视器件的发展历程，总结归纳了行业公认的零代、一代、二代、超二代、三代微光夜视器件的划代方法，并提出了“四代”微光夜视器件的概念，同时对非典型的几种微光夜视器件在微光夜视器件技术领域中所处的位置进行了说明，绘制了“树状图”，以便读者能够直观、准确、全面地了解每种微光夜视器件的技术特点以及它们在微光夜视器件技术领域所处的位置，对从事微光夜视器件技术研究者具有一定参考作用。

超透镜是基于超表面的成像器件，能够精确调控光的相位、偏振、振幅，具有轻薄、易集成、平面化的优点。针对近红外成像器件的小型化、集成化发展趋势，基于非晶硅材料设计制备了近红外偏振不敏感超透镜。针对超透镜的基元结构选择问题，对比了采用8阶、6阶基元设计的超透镜聚焦效率；为提高加工容差和降低加工难度，采用了最大深宽比为6的8阶基元设计超透镜；针对超透镜仿真与加工之间跨度大的问题，利用化学气相沉积的方法生长了600 nm厚度的多晶硅，利用电子束刻蚀等工艺制备了超透镜样品。测试结果表明：超透镜形貌结构良好，聚集效率为65%。

针对高光谱成像特点，提出了一种基于三维特征检测微小摄像头的方案。在空间维利用猫眼效应筛选疑似目标，在光谱维对结果进行精准判定。依据摄像头结构，分析了可见光摄像头的反射光谱特征。基于几何光学和辐射度学，计算和仿真了系统的探测距离。结果表明，正常工作时，光功率影响最小探测距离，目标尺寸影响最大探测距离。搭建了微小摄像头光谱特征验证系统。结果表明，采用吸收型红外截止滤光片的目标的非反射光占比曲线变化平缓且数值高，采用反射型红外截止滤光片的目标的非反射光占比曲线可见光部分数值高，红外部分数值低，从700 nm附近开始下降，甚至发生突变，实验数据显示，突变位置的斜率绝对值是红外波段斜率绝对值的10倍以上。实验结果与预期分析的结果一致，验证了高光谱成像技术检测微小摄像头的可行性。

DM（data matrix）码信息存储容量大、编码范围广、可靠性高，是信息交流的重要载体。为了实现DM码并行加工方法，分析了DM码间距值与灰度值对识别时间的影响规律，并对不同情况下的DM码进行多次扫描，记录识读时间，确定了DM码识读成功的临界圆点直径为11像素，临界灰度值为220。在此基础上，设计了一种基于空间光调制器的DM码并行加工方法，并在石英玻璃内部进行了激光并行加工DM码实验验证，与传统的单光束激光标刻二维码的方式相比，加工效率得到了提高。

针对在一定压差及温度梯度等复合环境下工作的大口径光学窗口，提出了一种由光学玻璃与亚克力板组成的光学窗口组合方案，并以热光学分析为基础，对光学窗口整体强度及热环境进行了理论分析计算，得出光学窗口玻璃最小厚度。利用有限元软件将压力场及轴向温度场映射至三维结构模型，计算得到直径为380 mm的光学窗口在不同玻璃厚度下力热耦合的面形变化及成像质量评价指标，并通过相应的环境性试验对仿真结果进行验证。实验结果表明：以K9光学玻璃为原材料的大口径光学窗口在此工作环境下的厚度不小于32.5 mm；当光学窗口厚度为35 mm时，其所受热力学影响可以忽略。因此，35 mm的大口径组合式光学窗口既能满足强度要求，又能满足多光谱相机成像质量要求，为该类窗口的设计提供了依据。

采用矩阵光学理论分析三组元可调光焦度器件的变焦系统的一阶属性，得到了基于系统放大率的光焦度控制方程。结合三组元系统初始参数并以系统球差最小为目标，对其进行了初始结构设计，得到了透镜形状参数的控制函数，然后进行光焦度和像质评价验证计算，最后对设计实例进行了归化对比验证。验证结果表明：对球差最小优化值的求解可信，设计方法为采用可调光焦度器件设计变焦系统提供了参考。