水下偏振成像技术是目前水下成像研究的热点，由于自然光在水中衰减大，水下成像系统多采用主动照明方式。针对分焦平面偏振成像系统中偏振照明光源与偏振探测像元偏振方向不匹配引起采集图像偏振信息存在的偏差，进而影响目标图像增强质量的问题，提出了一种分焦平面偏振成像系统光源标定方法。阐述了偏振光源的标定原理，然后给出偏振光源标定的实施步骤，最后采用偏振去雾算法和图像质量评价方法对标定前后的水下目标图像进行了图像增强和图像质量评价。评价结果表明，标定后的增强图像质量优于未标定的增强图像质量，平均梯度最大提升了2.48倍。该标定方法简单有效，实用性强，适用于分焦平面偏振成像系统偏振光源标定。

傅里叶变换光谱仪是重要的光谱分析仪器。为探究角反射镜的二面角装调误差对角镜摆臂傅里叶变换光谱仪干涉质量的影响，进行了理论分析和计算机仿真。根据角镜摆臂傅里叶变换光谱仪模型，推导出角反射镜存在二面角误差时干涉强度和调制度的数学表达式，并根据调制度判据确定了二面角公差；利用Zemax光学设计软件建立模型进行仿真，验证理论推导的结果。根据调制度判据，理论模型得到的二面角公差为2.52 ″，Zemax仿真求得的二面角公差为2.38 ″，误差为0.14 ″，属于可接受范围。分析结果表明，建立的理论模型合理，对角镜摆臂傅里叶变换光谱仪的设计和装调有一定的参考价值。

在测量多表面平行样品时，多面干涉会影响测量结果。为了能改善多面干涉问题，介绍了等光程干涉仪，并研究了参考镜楔角的最佳补偿方式。在等光程干涉仪中，由于参考镜和分光镜的楔角和倾角的存在，测量结果中会带有回程误差。根据参考镜楔角的不同情况采用了不同的补偿，理论分析并确定了各种补偿的放置方式和补偿量，同时研究了倾角和楔角的大小对于要被遮拦光束高度和像方数值孔径NA的影响。再利用Zemax进行不同补偿方式下的干涉仪仿真，并根据仿真得到的干涉图PV值分析回程误差的大小。分析表明：选用最佳补偿方式，参考镜楔角为1′，回程误差优于0.003个波长。

莫尔测量法被广泛用于各类流场的结构显示和关键参量测量中，关于相位物体在光路中的放置位置已有不同的报道，针对该问题进行了理论和实验研究。理论分析表明，当相位物体放置于2个光栅前时，偏移量和相位主要取决于2个光栅之间的距离，偏折角取决于相位物体引起的相位扰动与2个光栅之间的间距的比值；而当相位物体放置于2个光栅之间时，偏移量和相位主要取决于相位物体到后面一个光栅之间的距离，偏折角则取决于相位物体引起的相位扰动与其到后面一个光栅之间的距离的比值。为了验证理论结果的正确性和合理性，实验中选取燃烧蜡烛火焰作为对象，对比发现在两种情况下，只要相应的距离选取适当，则相位物体的位置并不影响实验中重建的相位和偏折角等结果。相关研究成果可为莫尔测量法更好地用于各类流场的检测提供一定的参考。

为了实现弹光调制器（photoelastic modulator，PEM）精确定标和长时间稳定工作，提出了一种利用反馈光路的相位延迟幅值定标及控制方案，理论计算并仿真分析了PEM通光孔径上相位延迟幅值的空间分布。在偏离PEM中心的位置设计了集成化的定标反馈光路；结合倍频项比值的相位延迟幅值定标方法，采用数字锁相技术同时提取反馈光路调制光强信号中倍频项，求解出PEM相位延迟幅值。按照上述方案加工制作了PEM实物，并进行了定标及稳定控制实验。实验结果表明，PEM中心相位延迟幅值的定标值与实测值相对偏差不超过0.22%；利用反馈光路控制约100 min，PEM相位延迟幅值标准偏差为0.001 8 rad，最大偏差低于0.42%，实现了PEM相位延迟幅值精确、实时定标，同时实现了PEM长时间稳定控制。

雾场边界及雾化角作为雾场的重要特性参数，主要通过图像法进行测量。在图像处理过程中，一般是将灰度图转化为二值化图像，然后依次针对二值化图像进行处理和计算。由于雾场的多相流特性，得到的二值化阈值和图像与实际雾场是否一致缺少评判依据。提出根据喷雾的灰度图像直接处理，得到掩模板并作用于灰度图像，采用图像形态学和迭代方法，计算灰度图像的梯度值。通过得到梯度值最大时的灰度图像，计算雾场边界和雾化角。实验表明，该方法提供了一种雾场边界的数值判断依据，通过梯度最大值判断并提取雾场边界，从而通过程序自动实现雾场边界提取与雾化角拟合测量。

为了获得数字微镜器件的真实光学特性，提出了其反射特性测试方法，并搭建实验装置对数字微镜器件的相对反射效率进行了测试,搭建了测试光路；利用该光路分别测得数字微镜器件和铝反射镜作为反射元件时相机接收到的光斑能量分布曲线，并对曲线进行积分；将2种测试条件下获得的积分值做除法，得到数字微镜器件的相对反射效率。测试结果表明，在使用632.8 nm波长激光器作为光源时数字微镜器件的相对反射效率为45.33%，在使用白光LED作为光源时数字微镜器件的相对反射效率为71.75%，经过多次测试发现2种测试模式下的重复精度均为±5%左右。上述测试结果可对今后使用数字微镜器件开发相关仪器时的能量传递效率计算以及器件选择起到一定参考作用。

光亮度是表征发光体的重要光度特性参数。提出了一种超低亮度计的设计方法，描述了超低亮度计的工作原理和组成；利用微弱光信号处理技术、非线性校准技术、制冷散热技术等实现了超低亮度的自动测量；根据亮度计的测量原理，对仪器进行了标定，测量不确定度达到5%。超低亮度计可适用于实验室和现场等测试场所，为微光夜视装备、显示系统、特种光源、发光材料等的性能评估测试和校准提供计量保障。

稳定精度作为光电吊舱的关键性能指标之一，开展瞄准线稳定精度测试方法研究对于光电吊舱测试与验收具有重要意义。结合粗精组合稳定光电系统，提出一种基于时/频域分析的稳定精度测试方法。通过采集随机振动环境下惯性速率传感器和光学补偿元件的角位置信号，基于信号时域分析，得到图像漂移角速率、抖动及概率分布情况；基于信号频域分析，得到瞄准线角位置信号的功率谱密度。提出频段稳定精度贡献度，用于评估不同频段对稳定精度的影响程度；采用二级稳定效能提升度，评价二级稳定在不同频段对系统稳定性能的提升程度。该方法可以直观展示图像抖动及概率分布情况，同时给出影响瞄准线稳定精度的频率要素，对于指导机电系统设计具有重要的工程应用价值。

瑞奇-康芒法是用小口径干涉仪检测大口径平面镜的主要方法之一。通过分析瑞奇-康芒法中球面参考镜半径、平面镜位置和瑞奇角误差对测量精度的影响，给出了3个参数的选择方法。针对瑞奇-康芒法测量时误差分离导致的测量效率低的问题，提出适用于加工过程的快速瑞奇-康芒测量法，仿真模拟该方法下被测平面镜位置、角度等定位误差对测量结果的影响，并设计实验对比验证。该方法与直测法测量间的最大偏差峰-谷值（PV）为0.015 1 μm，均方根(RMS)为0.003 6 μm，能够有效满足加工过程中面形快速测量需求。