Shack-Hartmann波前传感器（SHWS）是自适应光学显微镜中用于波前传感的重要工具。然而，由复杂波前相位分布引起的畸变点阵限制了其探测性能。本文提出一种基于深度学习的波前探测方法，该方法结合了基于点扩散函数图像的泽尼克（Zernike）系数估计和波前相位分布拼接。该方法不仅仅使用每个子孔径的质心位移，而是通过子孔径的点扩散函数分布估计局部波前对应的Zernike系数，然后拼接局部波前进行重建。本文所提方法可实现高精度的复杂波前检测，获得的波前残差均方根误差值显著降低，在自适应光学显微中具有极大应用潜力。

为提高非线性荧光显微技术在活体成像中的信号探测能力，人们常采用基于非退扫描的背向探测策略。然而，由于生物样本中存在严重散射，物镜前孔径处大部分荧光光子辐射角度超出物镜收集角范围，因而无法被探测。本文提出一种将硅光电倍增管阵列放置在物镜前孔径处以增强非线性显微镜对散射光子探测能力的扩展探测方案。通过数值仿真说明了扩展探测在对人体皮肤和小鼠大脑（透过颅窗及完整颅骨）进行多光子荧光成像的信号增强情况。例如，在人类皮肤600 μm成像深度处使用红色染料标记情况下，使用10×，0.6NA物镜进行成像，扩展探测方案引入的信号增强可达约150%。本文论证了扩展探测是一种灵活、广泛适用于非线性荧光显微镜增强探测信号的技术。

现有的大多数光场超分辨率方法不能充分利用角度信息，或者由于利用部分视图而产生不均衡的性能。为解决这些问题，本文提出一种基于宏像素表示的光场图像超分辨率聚合网络模型（称为MPIN）。该网络通过将四维光场图像重新排列成二维宏像素图像，将空间和角度信息进行耦合，从而同时恢复整张光场图像。网络利用两种特殊的卷积分别提取空间和角度信息。为充分利用空间—角度相关性，所设计的聚合残差模块融合两种信息使其相互引导，以实现角度相干性。在宏像素表示下，该网络通过扩展角度混洗层来提高宏像素图像的空间分辨率，有效避免了混叠。在合成和真实光场数据集上的大量实验表明，本文提出的方法在定性和定量上均实现了比现有方法更好的性能。此外，该方法在保持光场图像固有极线结构的同时，具有均衡性能分布的优点。

针对萤火虫算法使用单一学习策略无法有效求解复杂优化调度问题的不足，本文提出一种角色分工萤火虫算法。算法将萤火虫划分为领导者、开发者和跟随者3种角色，并为每种角色分配一种学习策略。领导者使用贪婪柯西突变，开发者随机选择两个领导者使用精英邻域搜索策略局部开发，跟随者随机选择两个优秀粒子进行全局探索。同时，为改善萤火虫算法使用固定步长的不足，提出阶梯变步长策略，以满足算法不同阶段对步长的需求。角色划分可平衡算法的开发与探索能力，多策略的使用能极大提高算法面对复杂优化问题的普适性。通过3组测试函数和一个梯级水库优化调度的仿真实验，验证了该算法的优化性能。

目标跟踪是无人机领域研究热点之一。本文针对无人机跟踪性能不占优，以及目标具有灵活、智能运动特征的情形，研究了多无人机协同目标跟踪问题。提出一种基于目标意图估计的多无人机协同跟踪策略。首先设计了一种具有降维和最大感知覆盖约束的轨迹特征提取方法，以降低无人机跟踪代价，并对目标典型的3类运动模式，根据环境和目标轨迹主要特征，设计了一种意图估计方法；然后，设计了一种在障碍物环境中基于最小可达距离和最小转角代价的MDA-Voronoi图，证明分析了目标被感知的概率；接着，设计了无人机的协同跟踪策略，以减小目标跟踪丢失的间隙，增加目标被感知的时间；通过纳什Q学习方法，在奖励函数中考虑了避障、跟踪代价、感知质量、飞行约束等因素，将最优动作策略作为无人机的控制输入。最后，通过仿真验证了本文方法能在无人机跟踪性能不占优的情况下提高跟踪质量。

本文主要研究人群运动的多相流特性。稳定性是人群的一个重要预警因素。为评价新到达行人的行为和人群的稳定性，建立一种基于目的性的运动结构分析模型，用于描述行人追求自身目标的连续性。使用目标驱动分析方法，用自驱动粒子表示人群。这些自驱动粒子是人体图像的可跟踪特征点。然后，利用轨迹计算这些自驱动粒子的目的性，并选择高目的性轨迹估计公共目的地和人群内在结构。最后，利用这些公共目的地和人群结构评估新到达行人的行为和人群稳定性。研究表明，目的性参数是一个适于描述中等密度人群的描述符，提出的目标驱动分析方法能够描述复杂人群运动行为。使用合成和真实的人类以及动物群体数据与视频，验证了所提方法的有效性。

采用磁控溅射技术和热退火技术在(0001)蓝宝石衬底上制备了多组分氧化物(GaxIn1−x)2O3薄膜，实现可调带隙。详细研究了三元化合物(GaxIn1−x)2O3在整个组成范围内的光学性质和能带结构演化。X射线衍射谱表明，Ga含量在0.11至0.55之间的(GaxIn1−x)2O3薄膜既有立方结构，也有单斜结构，而Ga含量高于0.74的(GaxIn1−x)2O3薄膜只有单斜结构。在可见光范围，所有薄膜透光率均高于86%，吸收边清晰，条纹清晰。此外，随着Ga含量增加，紫外吸收边出现380至250 nm的蓝移，表明禁带能从3.61 eV增加至4.64 eV。实验结果为透明导电化合物半导体(GaxIn1−x)2O3薄膜在光电和光伏行业的应用，特别是在显示器、发光二极管和太阳能电池的应用奠定了基础。

研制了一套基于嵌入式芯片的半导体激光器脉冲种子源，光脉冲频率和脉宽能独立实时调节，可在线从增益开关模式切换到准连续运行模式，以实现特定应用所需最佳光参数。为探讨半导体激光光源物理机制，对描述半导体激光腔内光子载流子瞬态变化的速率方程进行数值模拟与分析。之后，确定在设计驱动电路时需要考虑的问题。系统性能评估结果表明，光脉冲频率调节范围是250 Hz至42 MHz，光脉冲输出最窄脉宽为80 ps。脉冲种子源可驱动不同中心波长(1064、1550和1970 nm)半导体激光器，并可同时驱动两台半导体激光器，输出双频光脉冲。该脉冲种子源可作为一般高功率光学系统种子源，具有良好应用价值和广阔市场前景。

在半导体制造业中，被控对象的动态模型通常是在运动控制前通过扫频方法获得。然而，现有隔离器不能很好隔离扫频时惯性力（频率在0 Hz和固有频率之间）对平台基座的干扰。本文提出一种用于双级驱动半主动隔振系统的可调反共振频率控制器。双级驱动半主动隔振系统具有显著的反共振特性，在一个特定频率——即所谓反共振频率——振幅可降至接近零。本控制器的设计目的是增加一个可调的控制器反共振频率，以充分利用这种独特的反共振特性。实验结果表明了本方案的可行性，闭环传递率从0 Hz到初始反共振频率小于−15 dB。此外，在附加反共振频率附近，闭环传递率小于−30 dB，可通过改变控制器参数实现附加反共振频率在0 Hz至初始反共振频率之间的调节。当平台基座受到脉冲扰动时，使用本文提出的控制器，有效载荷扰动幅度从4 mm/s衰减至0.5 mm/s，降低87.5%。同时，通过跟踪扫频干扰，系统可实时调整反共振频率点，获得良好隔振性能。这表明双级驱动半主动隔振系统和所提控制器可应用于保证超低振动环境，特别是在半导体制造业的扫频工作中。

分析了执行器饱和条件下中立型分数阶时滞系统的鲁棒稳定性问题。构建了一个Lyapunov-Krasovskii （LK）函数，并给出此类系统的渐近鲁棒稳定性条件，这些条件使用Lyapunov直接方法构造的线性矩阵不等式（LMIs）表示。引入一种算法计算状态反馈控制器的增益以扩展吸引域。数值示例验证了理论结果。