中频面形误差（MSFSE）会导致光学系统发生小角度散射，影响系统性能。为了在光学设计和光学加工中制定合理的中频面形误差公差，就中频面形误差对光学系统调制传递函数（MTF）的影响进行了量化研究。在衍射受限条件下，推导出正弦型中频面形误差对光学系统MTF的影响的表达式并对其进行分析，然后通过光学设计软件仿真验证理论推导结果。假设光学系统光瞳上带有正弦型中频面形误差，对光瞳函数进行傅立叶变换，然后平方得到点扩散函数（PSF），再对PSF进行傅立叶变换得到光学系统的光学传递函数（OTF），对OTF取模，即可得到中频误差影响下的MTF表达式。将该式与衍射受限条件下无中频误差的光学系统MTF进行对比，得到中频误差对光学系统MTF的量化影响。理论计算结果表明：正弦型中频误差会使光学系统的MTF在不同空间频率处产生不同的损失，损失值随空间频率呈周期性变化；峰谷值（PV）分别为0.030 μm、0.095 μm、0.159 μm和0.223 μm的中频面形误差，导致的光学系统MTF的最大损失比例分别为0.89%、8.80%、23.48%和43.31%；随着中频误差PV的增加，MTF的损失值呈非线性快速增加。软件仿真结果与理论计算结果吻合。

通过离子注入方法，首次将Dy³⁺和Tb³⁺共掺入氮化铝(AlN)薄膜，并研究了其晶体结构、阴极荧光和能量传递机制。拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)结果显示，在Tb³⁺剂量一定的情况下，Dy³⁺的注入会导致晶格内部压应力增大，随着Dy³⁺的持续注入，一部分点缺陷发生复合，内部部分压应力会得到释放。阴极荧光光谱(CL)显示，高剂量Tb³⁺注入下，随着Dy³⁺剂量的增加，Tb³⁺的发射强度与Dy³⁺的发射强度呈现出不同的变化趋势。进一步分析表明可能存在Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₆至Dy³⁺的⁶H_15/2→⁴F_9/2的共振能量传递。通过研究发现在不同Tb³⁺和Dy³⁺注入剂量下，样品的发光颜色在黄绿色与橙黄色之间转变，色温在4042~5119K范围变化。由上述研究结果可知，通过改变Tb³⁺与Dy³⁺共注入的剂量比可以有效调控材料的发光色坐标与色温。

针对基质晶格各向异性对稀土离子偏振发光特性的影响，采用水热法制备了ZnO微米棒及铕掺杂ZnO微米棒。对照研究发现，掺杂后的样品长径比增加，形貌由哑铃型转变为直微米棒。光学性质分析表明，385 nm处的束缚激子发光使得ZnO微米棒的紫外发光呈明显不对称线形，550 nm处观测到一个较弱的可见区发光。掺杂铕离子后，可见区域发光明显增强。对于Eu³⁺离子掺杂ZnO微米棒，532 nm激发下可观测到窄半峰宽的Eu³⁺离子特征发光峰。调节入射激发光的偏振方向时，Eu³⁺离子发光峰强度随偏振光角度呈周期性变化，且发光偏振度随掺杂浓度的增加而增大。结果表明，借助ZnO微米棒基质晶格可获得对激发光偏振敏感的铕离子发光。掺杂ZnO微米棒能够将低维ZnO材料的紫外光吸收性能与稀土离子优异的可见发光特性进行整合，使其在偏振光谱探测等领域具有重要的应用价值。

有机发光二极管衬底侧向辐射光谱与正向辐射光谱相比，存在明显的窄化现象。研究影响器件侧向辐射光谱窄化的因素，进一步减小辐射光谱的线宽，可为电泵浦有机发光二极管激光辐射研究打下基础。本文研究了随有机发光二极管空穴传输层 NPB 厚度的变化，器件衬底侧向辐射光谱的半高宽、峰位以及偏振特性的变化情况。比较了有机发光二极管衬底边缘两侧蒸镀银膜与未蒸镀银膜时的衬底侧向辐射光谱。研究发现蒸镀银膜时有机发光二极管的衬底侧向辐射光谱半高宽变窄，并且当空穴传输层 NPB 的厚度为 130 nm 时，器件衬底侧向辐射光谱半高宽低至 14 nm。说明器件衬底两侧存在银膜作为反射镜的情况下，衬底中侧向传播的光将受到光学谐振腔的作用。本文的研究结果为有机发光二极管辐射光谱的窄化和辐射光放大提供了一种新思路。

本文基于对称的类H型结构设计了一种超材料太赫兹带阻滤波器，这种H型结构的连续金属臂可以流通电流。利用电磁仿真软件CST Microwave Studio 2021研究了该滤波器的滤波特性。通过改变H型双臂间距臂长、周期长度、双H间距离等，确定了滤波器的几何参数。结果表明，该结构可实现偏振选择的功能，在y偏振条件下，滤波器在0.2~2.3 THz范围内没有明显的谐振峰，但透过率范围在−15到−3 dB之间。而在x偏振条件下，在中心频率1.34 THz处可获得FWHM带宽为0.15 THz的一个阻带，传输参数约为−30 dB。最后，采用微加工工艺制备了超材料滤波器样品以验证仿真结果，使用透射式太赫兹时域光谱系统对样品进行测试，测试结果与仿真结果吻合较好。

以半导体可饱和吸收镜SESAM作为锁模启动元件，利用同带泵浦技术首次在Tm:CaYALO₄(Tm:CYA)激光器实现了被动调Q锁模运转。光路采用X型四镜腔结构，泵浦源采用Er:Y₃Al₅O₁₂(Er:YAG)固体激光器，其中心波长为1650 nm。分别采用0.5%、1.5%、3%和5%透过率的输出耦合镜，对激光器连续光输出和锁模输出特性进行研究。结果表明：当采用5%透过率的输出耦合镜时，激光器的输出特性最好；当激光器在连续光运转情况下，得到了894 mW的最高功率和16%的最大斜效率输出；将连续光功率优化至最高，在光路中加入SESAM锁模元件后，当吸收泵浦功率大于1.86 W时，激光运转进入不稳定的调Q状态；当吸收泵浦功率提高到5.7 W时，实现了稳定的被动调Q锁模运转；吸收泵浦功率达到6.99 W时，采用5%透过率的输出耦合镜，获得了最高输出功率为399 mW的锁模脉冲激光；此时调Q包络下重复频率为98.11 MHz，脉冲宽度为619.4 ps，对应的最大单脉冲能量为4.07 nJ，调Q包络中锁模脉冲调制深度接近100%。实验结果证明，同带泵浦技术可以用于激光器以产生调Q锁模脉冲，为超短脉冲激光的产生提供了一种新的泵浦方式。

研究了一种基于微机电系统(MEMS)技术用于高压测量的硅-玻光纤法布里-珀罗(FP)压力传感器。该传感器以硅材料作为敏感元件，将电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后的单晶硅膜片和高硼硅玻璃阳极键合构成FP腔。传感头使用MEMS技术批量制造，结构稳定、抗过载能力强、在高压环境下不容易失效。实验结果表明，该传感器能够实现30 MPa的高压压力测量，灵敏度为46.94 nm/MPa，线性拟合度为0.99897，测量结果具有较好的一致性和可靠性，所设计的压力传感器在高压检测方面有很强的应用前景。

双环级联谐振腔(Cascaded Microring Resonators, CMRR)传感器作为一种新型的光学传感器，因具有高灵敏度、易于集成、功耗小等优点被广泛应用于生物、医学等领域。为了实现CMRR传感器输出光谱的实时数据分析处理，提出了一种基于Python的实时CMRR传感器输出光谱包络拟合方法。首先，利用不同的拟合模型对CMRR传感器输出光谱进行拟合；然后，通过灵敏度误差百分比对不同拟合模型的拟合误差进行比较，结果显示平滑样条拟合法在实时处理CMRR传感器输出光谱过程中表现最佳；最后对不同浓度的NaCl溶液进行实时输出光谱采集处理，验证了CMRR传感器输出光谱实时采集处理程序的可靠性。实验结果表明CMRR传感器的波长漂移量与溶液浓度呈线性关系。通过计算可知CMRR传感器对于盐水的灵敏度约为671.03529 nm/RIU。

为实现痕量甲烷气体的宽动态范围高灵敏度检测，本文开展了双边带拍频抑制模式的外差相敏色散光谱技术研发，研究了电光调制器工作特性以及偏置电压调控方法，对比了抑制与非抑制模式下的色散相位谱轮廓与信噪比，并对检测性能(如线性动态检测范围)进行了系统研究。基于近红外分布式反馈激光器和电光调制器，搭建了外差相敏色散甲烷气体检测系统，通过探索和分析电光调制器的最佳工作区间，实现了双边带拍频抑制进而得到了大幅值、高信噪比的色散相位信号。测量了典型高频(1.2 GHz)强度调制下甲烷/氮气标气的色散相位信号，获取了色散相位信号峰峰值随气体浓度的变化规律。同时开展了波长调制光谱技术实验，对两种技术的线性度、检测动态范围和对光功率波动的抗干扰性能进行对比研究。最后，通过测量不同浓度的标气验证了该系统在宽动态、快速时间响应下的性能。所开发的基于外差相敏色散光谱技术的甲烷检测系统具有线性度高(R² = 0.9999)，动态检测范围宽(38.5 ppm~40%)，且对光功率波动免疫性高的显著优势。本文研发的基于外差相敏色散光谱技术的气体检测技术在宽动态范围检测和实际现场检测应用领域具有广阔的前景。

采用电光位相调制器对泵浦光进行位相调制，得到射频调制转移光谱 (MTS)，并研究MTS光谱的类色散信号中心过零点斜率优化问题。通过改变泵浦光的调制频率，泵浦光与探测光的光斑大小，研究MTS光谱信号过零点斜率与二者之间的参数依赖关系，在泵浦光调制频率为~3.6 MHz(大约是自然线宽的0.69倍)时，得到最佳的MTS光谱信号。最后利用最优的MTS光谱将DL Pro @ 852 nm 激光频率锁定到铯原子D2线(F = 4) − (F = 5’)循环跃迁，在60 min采样时间内激光频率起伏约为170 kHz，与自由运转时激光器~11 MHz的频率起伏相比，频率起伏得到了显著改善。

针对水下视觉测量中相机标定采集的水下标定图像退化造成标志点信息缺损的问题，提出了一种基于图像块分解融合的水下标定图像增强算法。首先，针对水下标定图像光照不均匀造成图像去雾困难的问题，基于同态滤波实现图像分割并计算全局背景光强，以实现图像去雾。然后，针对水下图像去雾后仍然存在噪声、模糊、光照不均匀等问题，分别进行对比度增强与细节信息增强以获得两幅互补增强图像，将互补图像划分成多个图像块，将图像块分解为平均强度、信号强度和信号结构3个独立分量，3个分量分开融合并求解最终增强图像。最后，采用主客观评价及标志点检测实验评价水下标定图像增强后的质量。实验结果表明，本文方法的视觉效果及客观评价得分均高于UDCP、MSR及ACDC方法，浑浊度为7.6NTU、11.4NTU、15.7NTU、18.4NTU时，标志点检测数量分别提高了2.0%、2.3%、9.3%、21.2%。因此，本文方法可以有效提高水下标定图像质量，为水下视觉测量提供一种稳定可靠的水下标定图像增强方法。

为实现冷轧钢缺陷的全面检测，针对其表面和内部缺陷检测展开研究。对于表面缺陷检测，提出采用双侧线光源照明方案，并与常规线光源照明方案进行对比。对于内部缺陷检测，从检测分辨率和缺陷边缘特征两方面分析X射线、超声以及红外热波成像等金属内部检测技术的适用性。经实验验证，双侧线光源照明不仅可以使YOLOv5目标检测算法总体平均精度mAP:0.5达到90.16%，相比线光源照明提升了15.46%，还可优化模型分类和提高训练效率。X射线和超声波检测法可检测直径为0.25 mm的盲孔，而红外热波成像技术则可有效识别出直径为1 mm的盲孔。在缺陷边缘特征评估中，X射线检测法的最小盲孔边缘灰度差值为145，超声波为89，红外热波成像为30。本研究提出了一种冷轧钢表面缺陷检测的改进方案，并为内部缺陷检测提供了思路。

基于马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer, MZI）级联拓扑结构的线性光学处理器被证明是实现光学神经网络（Optical Neural Network, ONN）的重要途径，但还有不少实际问题有待解决。针对芯片制造、测试过程中可能导致的相位误差和插入损耗等问题，通过实验和理论仿真分析了几种基于MZI结构的可重构光学处理器。发现可以通过单个N×N的Clements阵列结构来实现任意酉矩阵的权重，构建稀疏连接的全复值光学神经网络，将光学深度大大降低，以实现较高的插入损耗鲁棒性。此外，对于多层光学神经网络来说，由于构建该任意酉矩阵的自由度有限，故在每一层Clements结构前面加一个相移器层，有助于将分类数据映射到更高的数据维度，能使神经网络更快速的收敛。

应变重构是相衬光学相干层析力学性能表征中的关键步骤，其需要准确计算出差分包裹相位的梯度分布。为了能够解决强噪声干扰下的相位梯度重构信噪比低的难题，提出了一种基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法。首先，通过计算机模拟不同散斑噪声等级下的包裹相位图，并生成相应的理想相位梯度，以构建网络的训练集。其次，基于网络训练集采用贝叶斯推断理论学习强噪声环境下的包裹相位与相位梯度的“端到端”映射关系。最后，将相衬光学相干层析测量的差分包裹相位结果送入贝叶斯神经网络进行处理，实现高信噪比相位梯度预测。此外，通过借助贝叶斯神经网络的统计特性，以模型不确定度来定量评估相位梯度预测结果的可靠性。通过数值实验和三点弯曲力学加载实验对比分析了本文方法和主流矢量方法的性能。实验结果表明：在噪声较小的条件下，本文方法重构的相位梯度信噪比可提升8%；在噪声较强条件下，本文方法能成功恢复因相位条纹难以分辨而无法计算的相位梯度。此外，模型不确定度能够定量分析网络的相位梯度预测误差。可以预见，在样品形变复杂且先验信息未知的条件下，本工作为相衬光学相干层析提供了一种有效的应变重构方法，从而能实现高质量和高可靠的内部力学性能表征。

非接触、无损害的相移数字全息技术对微光学元件检测具有独特优势。因传统的相移数字全息技术需要对相移器进行精细控制和繁琐校准，同时其光路易受到机械振动干扰，导致全息再现像的质量降低。本文借助涡旋光特殊的相位分布，提出了一种基于涡旋相移数字全息的微光学元件表面形貌测量方法。该方法利用螺旋相位板调制涡旋相位，引入高精度相移。基于构建的涡旋相移数字全息显微实验装置，采用干涉极值法确定了相移干涉图之间的真实相移量，并对螺旋相位板的旋转角度与相移量的关系进行标定，实验验证了涡旋相移的可行性；对微透镜阵列进行了重复测量实验，将测试结果与ZYGO白光干涉仪的测试结果进行比较。结果表明：测量得到单个微透镜的平均纵向矢高为12.897 μm，平均相对误差为0.155%。所提方法可以实现对被测微光学元件表面形貌的高精度测量，具有易操作、稳定可靠、准确性高等优点。

基于双目立体匹配重建物体表面三维形貌时，其匹配精度往往受限于传感器尺寸、镜头焦距和光源环境等物理条件。针对此问题，本文提出了一种基于插值超分辨的双目表面三维重建方法。首先，在图像预处理阶段，建立基于小波变换与双直方图均衡融合的图像增强方法，克服传统双目视觉受限于复杂环境光干扰等问题；其次，构建基于拉格朗日与三次多项式插值的超分辨算法，提升图像像素密度，为双目匹配代价计算阶段增加图像细节，从而提高匹配精度；最后，基于SLIC算法对目标图像进行分割，并针对各分割区域分别做二次曲面拟合，进而获得与物体实际表面更为贴合的高度曲线，从而降低重建误差并可提高重建精度。实验结果表明：5组测量样品的全局高度测量平均相对误差为±2.3%，实验平均测量时长为1.882 8 s，最大时长为1.936 2 s，较传统方法有明显提升。实验分析结果验证了本文所提方法的有效性。

点云配准是获取三维点云模型空间姿态的关键步骤，为了进一步提高点云配准的效率和准确性，提出了一种基于逐点前进法特征点提取的改进型点云配准方法。首先，利用逐点前进法快速提取点云特征点，在保留点云模型特征的同时大幅精简点云数量。然后，通过使用法向量约束改进的KN-4PCS算法进行粗配准，以实现源点云与目标点云的初步配准。最后，使用双向Kd-tree优化的LM-ICP算法完成精配准。实验结果显示：在斯坦福大学开放点云数据配准实验中，其平均误差较SAC-IA+ICP算法减少了约70.2%，较NDT+ICP算法减少了约49.6%，配准耗时分别减少约86.2%和81.9%，同时在引入不同程度的高斯噪声后仍能保持较高的精度和较低的耗时。在真实室内物体点云配准实验中，其平均配准误差为0.0742 mm，算法耗时平均为0.572 s。通过斯坦福开放数据与真实室内场景物体点云数据对比分析结果表明：本方法能够有效提高点云配准的效率、准确性和鲁棒性，为基于点云的室内目标识别与位姿估计奠定了良好的基础。

液滴图像边缘的高精度提取是测量水接触角较为关键的一环，针对常规边缘提取方法噪声鲁棒性差、边缘提取不完整、精度低的问题，本文提出了一种改进丰富卷积特征（RCF）的液滴边缘检测模型。首先，在深度特征提取阶段引入特征融合模块，使用多个特征让模型更加鲁棒，减少过拟合的风险；其次，设计多感受野模块代替RCF后边的contact层，通过多个感受野来提取更多的语义信息，使边缘细节更加丰富；然后，在模型每一层之前引入高效通道注意力机制，增强模型对图像中重要特征的关注程度；最后，设计并引入MaxBlurPool下采样技术，减少计算量和参数量，提高平移不变性。在自制液滴数据集上的实验结果表明，本文模型的固定轮廓阈值（ODS）提高到0.816、单图像最佳阈值（OIS）提高到0.829、检测准确率高达90.17%，相较原模型提高了1.85个百分点，能够准确检测液滴边缘特征。

星载二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构，U型架是转台的关键支撑部件。为了对星载二维转台U型架进行结构优化与轻量化设计，研制高承载比和轻量化的星载二维转台，本文设计了一种用于星载二维转台的碳纤维复合材料U型架。首先，利用碳纤维复合材料代替钛合金材料，结合考虑工艺性，设计了一种变截面管状结构U型架。接着，按照基于铺层工艺的有限元建模方法对碳纤维U型架进行有限元建模与仿真分析。然后，试制U型架样机并通过模态试验验证有限元模型的准确性。最后，提出一种理论分析法、遗传算法、有限元法相结合的三级优化方法对碳纤维U型架铺层角度、铺层厚度与铺层顺序进行优化设计。结果表明：模态试验与仿真得到的U型架振型完全一致，频率相差在5%以内。初始设计的碳纤维U型架比钛合金U型架质量减少了45.7%，通过对复合材料铺层的优化设计，使U型架质量进一步减少了13.8%，固有频率提升了10.14%。本文所采用的复合材料建模与优化方法正确，设计的碳纤维U型架满足星载二维转台轻量化设计需求。

在星地领域，激光通讯设备的发射光轴和接收光轴的对准度至关重要，而温度变化会导致光学元件和机械结构变形，影响光轴对准度，使系统探测精度降低。针对这一问题，本文设计了一种用于探测的高精度光轴稳定系统，根据宽波段和共轭成像的技术要求，使用具有像传递的离轴反射式开普勒望远系统压缩光束，经过分光镜后分别进入到探测子单元中，并设计了长焦距光轴稳定探测系统以提高探测精度；为校正反射系统的热差，根据光学被动无热化技术利用折射镜组补偿反射镜组的热致像差；设计机械结构并进行有限元分析；对有限元数据进行处理并带回到光学软件中仿真温度变化引起的光轴偏移角度；最后搭建平台进行验证。结果表明：光轴稳定探测系统在−10 °C时光轴偏移角度为3.90″，在45 °C时光轴偏移角度为4.23″，降低了温度变化对光轴偏移的影响。

为了实现大靶面、大变倍比显微成像并解决同轴柯勒照明高集成度设计的问题，本文提出了一种基于同轴柯勒照明的大变倍比紧凑型显微镜光学系统设计方法。首先，对望远镜和显微镜连续变倍光学系统的成像原理进行了分析，并对正组补偿式变倍显微镜光学系统的设计原理进行了理论分析。然后，提出把前固定组分解为准直组和汇聚组，并在两镜组间设计分光镜，并通过共用透镜组实现同轴柯勒照明系统的紧凑型设计。最后，对大靶面连续变倍显微镜系统和与之匹配的同轴柯勒照明光学系统进行设计，设计结果表明显微成像光学系统的变倍比为10×，工作距离为60 mm，物方最高分辨率为1.75 µm，同轴照明均匀性为94.3%。该系统具有成像质量好、畸变小、变倍曲线平滑、体积小巧等特点，实验验证了该设计方法的可行性。

光谱合成技术是实现高能激光输出的重要技术途径，如何在高功率输出的前提下，保证高光束质量的激光输出已成为当前光谱合成技术最迫切要解决的问题。本文针对155 mm×140 mm矩形口径、（1 064±3）nm、（1030±3）nm和（635±5）nm波段光束的参数检测问题，设计了大口径多波段多参数检测系统。波前检测单元基于开普勒的望远结构，在构建变形镜与微透镜共轭关系的同时，压缩光束口径以匹配探测器尺寸。前组物镜采用卡塞格林结构，以解决大口径、多波段的色差校正难题；后组镜采用三片式复消色差折射镜组，补偿色差的同时，兼顾无热化设计，用以补偿前组物镜的残余热差和后组镜热差。经波前检测单元后进行分光探测，实现光束质量和光束均匀性检测。为了提高系统的环境适应性，采用光学被动无热化方法对系统进行了20 °C±10 °C的无热化设计。最后，对系统进行装调测试，采用泽尼克波前复原方法对波前探测相机采集的光斑图像进行波前复原，测得10 °C～30 °C下系统波前的RMS值优于0.0524λ（λ=632.8 nm），光束均匀性优于0.893，光束质量β因子优于1.26倍衍射极限。

噪声系数是评价高频电子器件传输信号性能的重要参数，随着工作频率的增加，高频电子器件的噪声系数通常会增大，现有噪声源的超噪比无法满足测量需求。为了实现高频电子器件噪声系数的测量，本文基于非相干光混频技术，将三束非相干光耦合进入单行载流子光电二极管，研制了220~325 GHz高超噪比且可调谐的太赫兹光子噪声源，超噪比可调谐至45 dB。通过Y因子法将其应用于大噪声系数、负变频增益太赫兹混频器噪声系数的测量。测量得到太赫兹混频器噪声系数的范围为16~32 dB，变频增益约为−13 dB，测量不确定度为0.43 dB。研制的高超噪比且可调谐的太赫兹光子噪声源，能够满足大噪声系数太赫兹电子器件的测量需求，对太赫兹电子器件噪声系数的测量以及指导器件的进一步优化有着重要的作用。

针对偏移正交幅度调制的相干光正交频分复用(CO-OFDM-OQAM)通信系统，本文提出了一种基于实虚交替导频的相位噪声抑制算法。该算法利用激光器相位噪声的性质和固有虚部干扰（IMI）系数的对称性规律设计全新的实虚交替导频，结合线性拟合，能够准确估计每个频域符号的公共相位误差（CPE）。由于是在频域进行补偿，与时域相位噪声抑制算法相比，计算复杂度大幅下降。搭建了有效速率为65 GBits/s的偏振复用CO-OFDM-OQAM系统的数值仿真平台，研究了不同激光器线宽和子载波个数下系统的传输性能，考察了所提方法对相位噪声的抑制效果。获得的结果证实：OSNR固定为25 dB，子载波总数分别为256、512和1024时，误码率达到FEC极限时所需要的线宽分别为801.1、349和138.4 kHz。对于使用16-QAM调制格式、子载波个数为256或512的系统，能较好补偿激光器的相位噪声，而且不会影响功率峰均比。

为进一步提升激光通信精跟踪系统的控制性能，本文对音圈电机驱动的快速反射镜（Fast Steering Mirror，FSM）控制方法进行了研究。针对FSM中存在的强轴间耦合与外部扰动问题，提出了融合前馈解耦补偿与固定时间扩张状态观测器的复合快速非奇异终端滑模控制策略。首先，采用系统辨识方法建立FSM的双输入双输出耦合传递函数矩阵模型，并设计前馈解耦补偿器补偿耦合分量，以实现X轴和Y轴之间的运动解耦。其次，针对解耦后的各单轴模型，设计固定时间扩张状态观测器，同时实现对角速度和外部干扰的固定时间估计。随后，构建快速非奇异终端滑模面，并在控制律设计中采用指数幂函数取代符号函数，以提高系统收敛速度并抑制控制抖振，基于Lyapunov方法验证所提控制系统的稳定性，并证明跟踪误差在有限时间内收敛。最后，通过对比实验验证了提出的复合控制策略的有效性。实验结果表明，FSM在100 Hz强扰动存在的情况下，跟踪60 Hz和120 Hz圆形轨迹，其轨迹跟踪误差的平均绝对值分别为0.0036°和0.0131°，系统能够保持良好的跟踪性能，说明所提复合控制策略是有效的，满足激光通信FSM对于高精度和强抗扰等要求。

针对冠脉造影图像照明不均、血管结构与背景区域对比度低、冠脉血管拓扑结构复杂等分割难点，建立了一个冠脉造影血管分割标注数据集，并在此基础上提出了一种基于特征图金字塔的冠脉造影图像血管分割模型。本文模型以U-Net网络为基础进行改进和优化，首先，将U-Net编码部分的第一个卷积层修改为一个7×7的卷积层，并提高每一层的感受野，在编解码层中引入修改后的ConvNeXt block，使得网络提取更深层次特征的能力有所提升；其次，设计分组注意力机制模块GA，并将其引入到U-Net跨连接处，对编码部分提取的特征进行增强，弥补编解码器间存在的语义差距；最后，在U-Net解码器处设计了一个特征图金字塔级联模块PFC，融合各尺度的特征图，并在PFC中每一层中加入SE注意力机制模块，用于筛选特征图中的有效信息，网络损失函数为PFC模块各层输出的加权，以监督网络各层的特征提取。本文模型在测试集上的测试结果如下：Dice系数为0.8843，Jaccard系数为0.7926。实验结果表明，相比其他常用方法，本文模型在冠脉血管分割上具有较强的鲁棒性，在低对比度下能够有效抑制噪声，对冠脉血管具有更好的分割效果。

一种主要成分是脂质的白色不透明物质（WOS）会覆盖与癌症诊断有关的微观结构，但WOS的形态特征又与肿瘤分级有密切关系。为了给医生提供更多与脂质相关的可用信息，本文对脂质图像的分割方法进行了研究。首先，介绍了基于Retinex框架的脂质图像增强算法，并介绍了反光去除算法。然后，介绍了基于活动轮廓模型的脂质分割方法，该方法从校正后的色调值中提取局部信息，从强度值中提取全局信息，自适应地获得权重因子，并基于初始轮廓来分割脂质区域。最后，基于自研细胞内镜成像系统，设计了仿体实验来验证了该方法的有效性。实验结果表明，该分割方法的像素准确度、灵敏度、Dice系数均高于90%。该方法能够克服照明不均匀、反光等的影响，很好地反映脂质的形状，为医生提供可用的信息。