为了在被测物体部分被遮挡的情况下,仍能完整地测量出物体的表面形貌,提出了一种基于霍夫变换的多线结构光标记的光场3维成像系统。通过提取亚像素的条纹中心坐标进行投票,分析霍夫参数空间中的投票分布,设计了自适应范围投票和自适应窗口策略,无需对条纹级次编码也能够准确地确定对极平面图像中多根直线的参数。结果表明,该系统拟合平面的平均偏差为0.0096 mm,标准偏差为0.0074 mm,并利用光场成像中不同视角下物体的遮挡关系不一致,准确地恢复了被遮挡物体的完整表面形貌。这一结果对于解决3维测量过程中遮挡问题是有帮助的,该研究为获取完整和高效3维数据的测量方法提供了参考。

This paper presents a novel 3D measurement method for a light field camera (LFC) in which 3D information of object space is encoded by a microlens array (MLA). The light ray corresponding to each pixel of the LFC is calibrated. Once the matching points from at least two subviews exhibit sub-pixel accuracy, the 3D coordinates can be calculated optimally by intersecting light rays of these points matched through phase coding. Moreover, the proposed method obtains high-resolved results that exceed the subview resolution due to the virtual continuous phase search strategy. Finally, we combine the LFC and coaxial projection to solve the 3D data loss caused by shadowing and occlusion problems. Experimental results verify the feasibility of the proposed method, and the measurement error is about 30 μm in a depth range of 60 mm.

研究了频谱受调制的修正圆Airy光束（MCAB）在单轴晶体中沿光轴的传播特性。与其他光束一样，左旋圆偏振（LHCP）的MCAB沿单轴晶体光轴传播时会激发拓扑电荷数为2的涡旋右旋圆偏振（RHCP）分量。MCAB在晶体传播时，LHCP分量和RHCP分量都会出现“突然自聚焦效应”，不带涡旋的LHCP分量在焦点附近形成实心光束，而RHCP分量由于具有涡旋相位而在焦点附近形成空心光束。单轴晶体的各向异性导致LHCP分量比涡旋RHCP分量更早出现最大光强。选择合适的频谱调制参数，MCAB的“突然自聚焦效应”强度约为普通圆Airy光束（CAB）的3.4倍；在晶体长度为10 cm的情况下，不带涡旋的LHCP分量转化为涡旋RHCP分量的效率可达43.28%，比普通CAB高约10%。

针对特征点不明显的图像配准场景,在保证相邻两幅待配准图像重叠面积超过80%的前提下,提出了一种基于频谱和空域特征匹配的配准算法。该算法基于傅里叶频谱图的旋转中心不变性,将空域中两幅图像绕任意一点的旋转角转化成频域中绕频谱图中心的旋转角。利用极坐标系和笛卡尔坐标系的变换关系,将绕频谱图中心的旋转量转化为一维方向的平移量,使用SAD(Sum of Absolute Difference)算法求取旋转角,再使用SAD算法求取平移矩阵。所提配准算法既适用于特征点明显的图像配准场景,也适应于特征点不明显的图像配准场景,且配准精度较高,配准速度较快。

针对现有的360°三维测量系统结构复杂、标定要求高、测量时间长等问题, 提出了一种结构简单、测量速度快的单传感器360°三维测量系统和一种操作方便、精度较高的标定方法。该系统由条纹投影系统、摄像机、两个前表面反射镜组成。测量时, 物体点云数据由三部分组成, 前表面通过摄像机获取, 对应于所拍图片的中间区域, 左右两面分别由左右两块前表面反射的平面镜获取, 分别对应图片的左右两区域。先对不含反射镜的系统进行标定, 然后加入两套反射镜, 利用透过式投影屏完成对左右两套系统的二次标定, 获得全局坐标系下的物体三维数据。实验表明, 该系统搭建成本较低, 标定精度较高, 重建速度快, 适合现场标定。

与传统的二维艾里光束相比，超艾里光束具有无衍射性、自弯曲性、自愈性等传输特性，主瓣尺寸更小、能量更集中，因此超艾里光束在光学微粒子操控等领域具有广阔的应用前景。为了得到产生超艾里光束的紧凑装置，提出了一种直接输出超艾里光束的激光器设计方案。该激光器使用激光二极管作为抽运源，采用端泵的方式抽运掺杂浓度为1%（原子分数）的掺钕钇铝石榴石（NdYAG）棒，以加载了超艾里光束立方相位信息的衍射光栅作为耦合输出镜，在一级衍射方向直接输出超艾里光束。计算结果表明，该激光器的阈值功率为1.4 W,当抽运功率为2 W时，输出功率达到678 mW。

提出了一种新的基于二维靶标的球面模型鱼眼镜头标定方法。根据球面成像模型中圆弧上的点与图像坐标系像点之间的约束关系，利用平面靶上的一根直线上的点，初步估计出摄像头的内部参数。利用平面靶上棋盘格角点在世界坐标系上的坐标点与其在球面坐标系下坐标的映射关系，求出相应的外部参数的初始值。以这些角点在图像中的实际坐标与重投影后坐标之间的均方差为优化参数，进行非线性优化，求出内部参数，畸变系数和外部参数的精确解。通过实验验证，该方法能够快速的估计鱼眼镜头的内、外部参数的初始值，具有较高的精度，能够满足实际应用的需求。

提出了一种应用于结构光投影三维测量的二值时空编码方法。通过投影3幅二值编码条纹图，利用条纹边界左右两侧的编码值对截断相位图中的截断线进行编码。测量时，根据截断线提供的初始位置，在3幅编码图中读取其左右两侧的黑白编码值，从而每根截断线可以得到一个二进制码，解码后可以计算出该截断线的级次，从而确定其对应正弦条纹的级次。根据该级次对截断相位图进行展开得到绝对相位图。实验结果表明，该编码方法在保证测量精度和可靠性的前提下，有效减少了编码的幅数，提升了测量的速度，非常适用于高速三维测量系统。