为实现光具座上各种光学测量的自动化和数字化, 将硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon, LCOS)微显示器作为目标发生器, 加入到光具座测量系统, 取代传统的分划板, 并以CMOS相机作为图像接收器, 构建了数字光具座光学测量系统, 提高了系统的灵活性和适应性。针对数字光具座系统的特点, 研究了数字图像目标的自动生成方法; 基于数字相关原理, 运用正弦分布的周期目标, 研究了数字图像目标的高精度自动提取算法, 实验数据表明该方法的重复性误差为8×10-5。采用数字拟合求周期的方式, 研究小视场光学系统的焦距测量, 实验结果表明, 该方法相对误差为0.24%, 可用于小视场光学系统焦距测量。

轨道车辆生产过程中在车厢底座铺设铝蜂窝板前, 需对车厢车体底座面形进行测量, 以便确定支撑点处橡胶垫的高度。由于底座的挠曲变形, 各支撑点的高差是不同的, 需要根据测量值进行整体拟合。在获得车体底座支撑点高差测量数据的基础上, 提出了一种适用于轨道车辆的铝蜂窝板铺设的三点平面算法, 该算法通过计算测量点到基准面的距离确定每个铝蜂窝板安装座的补偿高度, 算法使用的数据基于轨道车辆智能化多曲面调整装置。该算法应用于轨道车辆生产过程的实践表明, 算法能够按铝蜂窝板长度自动分段, 确定支撑点处橡胶垫块的最佳厚度, 使铝蜂窝板铺设平整、接缝处高差最小, 算法稳健、可靠。

轮对是列车的重要部件, 轮对踏面的关键尺寸参数是否超限关乎车辆行驶安全, 因此必须定期对列车轮对踏面磨损状况进行检测。提出一种测量轮对踏面面型的方法, 包括测量系统设计以及改进的灰度中心算法处理。在此基础上, 建立模拟轮对踏面检测实验系统, 对轮对踏面面型测量的精度进行了实验研究, 在踏面分别贴上厚度分别为1~10 mm的块规, 测量均方差在±0.1 mm以内, 其中1~5 mm块规的均方差小于0.05 mm, 能够满足工业测量的高精度要求。

为了抵抗满载时的负载, 轨道车辆制造时车体底座会保留一定向上的挠曲变形, 这就要求在进行铝蜂窝板和地板胶铺设前对车体底座表面面型进行测量。提出了一种基于点状目标图像测量原理的车体底座面型测量方法, 该方法用CMOS相机对车体底座上的4个LED目标进行图像测量, 这4个LED形成关联多目标点。先对CMOS相机采集到的LED目标图像用均值滤波、动态阈值二值化处理和轮廓提取的方法进行预处理, 再通过灰度质心法, 提取出多个光斑的位置。通过判断各光斑的位置和大小, 排除可能存在的伪目标点或遮拦, 根据提取到的光斑数量的不同, 采用不同的参考点进行比较。在任意一个LED目标被遮挡时, 算法仍能有效地解出被测LED目标中心位置。实验结果表明, LED靶标中心提取的最大偏差小于0.06 mm, 完全能满足车体底座面型测量的需求。

针对工业上一些无法正对待测端面安装相机的直径测量场景, 设计了一种由3个激光投线器、1个成像透镜及1个面阵CMOS相机组成的圆柱工件直径测量系统, 放置于地面上倾斜投影并成像。搭建了测量系统, 从图像中获得亚像素端点坐标, 代入标定方程解算世界坐标, 并通过几何模型计算待测直径。实验结果表明, 该系统能在设计待测值附近准确测量工件的端面直径, 测量精度在±0.1 mm以内, 满足工业测量高精度要求。

设计了一种用于LD耦合透镜焦斑位置检测的显微图像视觉成像系统, 该系统由远心镜头、环形LED光源、工业用数码相机和前进运动控制器组成。分别对模组外圆直径与中心检测和对LD耦合透镜出射LD激光焦斑中心和位置检测, 得到耦合透镜的焦距及LD偏心度, 为后续与光纤的耦合提供精确定位。实验数据表明, 该系统偏心测量标准差小于 5 μm, 焦距测量标准差小于±0.1 mm, 能准确获得聚焦光斑和底座圆心的相对位置关系, 实验结果精确、测量效率高。

针对轨道车辆外轮廓超限实时检测系统中图像噪声对超限实时检测可靠性、精度和检测速度的影响，对现场图像噪声进行了深入分析，优化了系统硬件设施与软件框架，对图像噪声处理软件算法进行了优化与改进。现场实测效果表明，系统检测稳定性、可靠性、精度与速度均得到很大的提高，满足了生产现场实时检测的需要。

为了实现数字光具座多种指标如焦距、顶焦距、出瞳直径等实时自动化的测量,提出了一种适用于数字光具座的自动调焦算法。该算法采用Brenner清晰度评价函数,粗调焦阶段采用改进的自适应变步长爬山算法,精调焦阶段采用基于最小二乘法的曲线拟合算法。实验结果证明,这一算法能够准确、高效地找到焦面位置,调焦精度达到0.3%且重复调焦精度高。

有源区载流子浓度变化导引的折射率变化是许多新型光通信器件的工作机理, 对量子线材料折射率变化偏振相关性的研究有利于改善器件的性能。首先分析了线区材料组分、垒区材料组分、柱状量子线直径和载流子浓度对量子线材料TE模和TM模折射率变化的影响。以此为基础, 提出了一种实现量子线材料折射率变化低偏振相关的多参数调配方法, 并设计出C波段(1 530～1 565 nm)内折射率变化低偏振相关(<1%)的InGaAs/InGaAsP量子线材料, 表明该多参数调配方法对量子线材料折射率变化低偏振相关的设计具有指导作用。

为了计算轨道车辆地板铺设时每个地板安装座的补偿高度, 介绍了一种基于平均斜率的轨道车辆多曲面调整算法。该算法根据测量数据拟合出一个由多个平面块组成的多曲面, 将多曲面作为地板铺设的基准面来计算补偿高度, 补偿精度为1 mm。计算结果表明, 该算法满足实际生产需求。