基于光声光谱的无创血糖监测方法具有灵敏度高、特异性好等突出优势,其光声池发挥着至关重要的作用,主要表现在如何提供一个优越的光声转换环境和增强光声信号的作用。现主要以RG理论为基础,分别对两种光声池进行设计和研究,给出光声池的设计方法及其结构参数计算过程,并通过具体实验来检验光声池结构参数设计的正确性、实用性和可行性。这两种光声池一种是非共振双腔差分光声池,适用于固体检测;另一种是非共振单腔光声池,适用于固液体样品检测。

提出并设计了一种新型光学元件--反射式闪耀光栅楔形平板.在玻璃楔形平板的倾斜表面上加工锯齿形闪耀光栅,在光栅的表面镀相应的金属反射膜,形成反射式闪耀光栅.当光线垂直楔形平板底面入射时,闪耀级次的衍射光可以沿入射方向返回,使该级次衍射光的能量得到充分利用,可以应用在在需要保持反射光线方向不变的场合.该元件兼具闪耀光栅和楔形平板的特性,通过实验对光线的能量和方向特性进行了验证,实验结果表明,+1级衍射光沿入射光线方向返回,并且能量的89.36% 都集中在这一级上.转角测量的实验结果表明,该元件能使转角测量的范围扩大为0～360°以及大于360°的任意角度,转角测量的重复性精度可以达到0.632'.

光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。对目前发展较快的几种角度测量的光学方法--圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍，并且分别给出了每种方法的测量原理和发展形状，比较了各种方法的优缺点，给出了每种方法的应用场合和发展前景。

　本文描述一种用双频激光干涉法测量转角的新方法,在玻璃楔形平板上加工反射式闪耀光栅,用该光栅楔形平板作为一个新的部件,以代替反射用的角锥棱镜,不仅简化了测量装置,减小了干涉仪的尺寸,而且装调方便。该装置不但可以测量转角,还可用于测量360°整周角度。本文给出了测量原理和测量装置,还给出了减小和补偿测量误差的方法。用于转角测量的实验表明,该装置的测量精度高,测角分辨力可达0.02"。

采用信号处理的方法对激光干涉测角系统的特性进行线性化处理,需要产生两路正交信号.采用空间互相垂直的两套干涉系统获得信号难免会使系统复杂、调整困难,因此提出了一种插值处理方法,可以利用测量得到的一路信号获得线性输出信号.输出信号的非线性误差较处理前大大减小了,但是无法满足高精度测量的要求.还提出了针对误差产生的原因进行的误差补偿技术.实验结果表明,提出的方法可以实现任意转角的高精度测量,光程差的测量误差小于±0.2μm,对应的转角测量误差为0.63″.

在激光三角位移测量中,为了减少由被测物体表面的反射特性以及测量环境的光干扰对测量的影响,提高测量精度,提出了一种新的图像传感器成像参量的自适应控制方法.推导了图像传感器的成像参量,详细地分析了这些参量对位移测量精度的影响,在理论分析的基础上提出了该方法,并通过实验的方法加以验证.结果表明,该方法能够根据外界环境变化自适应调整成像参量,有效地减小环境的干扰,提高位移测量的精度.

在基于计算机视觉的测量系统中,为避免太阳光照射对人工标志中心定位造成的影响,采用在公共交通中广泛使用的逆反射材料构造反射标志,并配合单色光主动照明和窄带滤光技术来提高目标物与背景之间的对比度。在对市面上多种逆反射材料进行研究的基础上,选取了其中性能较为优良的3M钻石膜来搭建简易单点测试平台,用于验证方案的可行性。实验证明,在太阳光以不同角度入射时,由CCD采集到的图像灰度变化不大,对定位精度影响较小,说明该方法能较好地抑制太阳光对测量造成的影响。

为了检测经过光学系统成像所得图像的边缘,在直线拟合方法的基础上提出了一种新的边缘检测方法.该方法综合考虑边缘过渡区间所有点的信息,利用直线拟合方法求出一组可能的边缘值,再选择它们的中值作为最终的边缘值.基于该方法的采集系统由线阵CCD采集边缘的灰度图像,使用单片机来处理数据,并计算出边缘的位置.实验结果表明,这种改进方法的重复性误差为0.89个像素,而且能够在0.039s内完成一次边缘检测计算.

为了使用圆弧和直线重建数字轮廓曲线，提出了一种融合了基于斜率差判断断点方法和区段动态融合的数字轮廓曲线自适应分段的方法。首先，利用直线拟合计算轮廓曲线上每点的前后方向的斜率差，求取斜率差的过程使用了自适应长度拟合窗口来平衡精度和速度的关系。然后，将自适应平滑方法应用在方向斜率差曲线上。基于平滑后的斜率差曲线，提取其中间断点作为待选区段分段点。最后，使用基于可视化误差判定的区段动态融合，来从待选分段点中选出一个可视化误差最小的分段方案作为最后的分段结果。仿真测试的结果显示这种分段方法的断点定位误差小于1%。以轴承油沟轮廓为实际测试用例的实验结果证实了这种自适应轮廓分段方法在实际应用中的可行性。