针对室内环境重建过程中的光源干扰，以及相移条纹投影过程中因产生Gamma变换造成相位展开时包裹相位周期与格雷码级次周期无法保持严格一致，从而出现相位值跳变的问题，提出一种基于自适应插值滤波的抗全局光照重建方法，并利用高速投影方式将光源干扰的影响程度降低。首先向被测环境表面投影二值离焦相移条纹与高频格雷码条纹，利用希尔伯特变换以及高频解码方法求解展开相位；其次运用自适应插值滤波算法对存在跳变的展开相位进行修复；最后还原被测物体的形貌特征。通过分析跳变点类型针对性地对其进行插值滤波，消除相位跳变、避免重复相位的产生。与传统全局中值滤波方法相比较，笔者的方法可以在精度更高的条件下同时将效率提高90%，达到了高速高质量室内环境重建的目的。

激光扫描仪可以准确高效完成建筑物内部的三维重建，通过每站数据配准即可得到完整的三维信息。为解决点云配准数据量大、重合率低时难以配准的问题，提出了一种基于曲率阈值的点云配准方法。利用点云的法向量求出该点的曲率，通过设定合适的曲率阈值，对点云完成精简，并将此作为输入点云的特征点集。采用基于概率分布的点云配准算法进行粗配准，从而快速高效完成点云初步配准，然后以KD-Tree加速的迭代最近点算法进行精配准。与经典SAC-IC等算法进行了对比，实验结果表明，所提方法将配准精确度提高了35%以上，配准时间提高了30%以上，重建效率提高了30%以上。

为解决传统视觉式刀具测量仪采用的分段拟合方法在测量严重磨损刀刃时误差较大的问题,提出一种基于单一函数表达式的刀刃轮廓散点的整体拟合方法。首先采用改进的k-余弦曲率算法提取刀刃轮廓曲线角点,并使用最小二乘法进行分段拟合;然后确定刀刃轮廓曲线拟合目标函数的单一表达式,并在分段拟合结果的基础上,通过Levenberg-Marquardt迭代法进行非线性整体拟合。实验结果表明,整体拟合方法对严重磨损刀具测量时,能在保证目标函数曲线连续性的基础上,提高拟合精度达20%以上,这大幅度提高了刀具的测量精度及算法的稳健性。

采用机器视觉测量轮的转速具有高效、直观的特点。采用高帧速相机测量高转速会导致相机数据量激增。为了解决数据量过大的问题，提出了一种采用低速电子卷帘快门相机测量轮子转速的方法。低速电子卷帘快门相机采集相对高速转轮的图像时，卷帘快门会引起轮图像的几何畸变。利用这些畸变图像中的信息，可以求解出对应的转速，实现利用低速相机测量轮的相对高速转动的目的。为了揭示转动速度和图像畸变之间的关系，建立了旋转仿真模型，并在模型中验证了求解方法的有效性。为了解决空间中的轮被单目相机拍摄产生的二义性，提出结合轮的转速来消除二义性的方法。最后进行了验证实验，实验结果表明，采用低速电子卷帘快门相机能够测量高于相机帧速的转速，并且相对误差小于4%。

为弥补国内航天探测中用于探测器标定的γ源单色性差、能量覆盖范围小等缺陷, 设计了一种康普顿光源精密调节镜架。该镜架由压电陶瓷电机驱动, 通过柔性铰链的柔性变形传递运动, 对激光入射角进行精密调节, 实现激光束与高能电子束精确对撞, 从而获得峰值能量连续变化的γ粒子。利用伪刚体模型理论对该镜架进行建模, 分别得到了该机构沿纬度方向和经度方向的刚度模型和位移模型, 结合有限元仿真, 对位移理论模型和镜架中应力分布规律进行了分析, 其结果验证了机构参数选择的合理性。最终得到了经度、纬度方向调节范围均为1.12°、定位精度不小于6×10-4°的精密调节镜架。

针对投影仪标定方法中存在畸变及倾斜投影引起条纹周期、条纹级数变化的问题, 提出一种单周期条纹双四步相移投影仪的标定方法.设计生成横向和纵向各两组单周期条纹图像, 经投影仪投影到带有圆形标识的标定板上, 相机同步采集标定板图像, 叠加由双四步相移获得的两幅相位主值图, 对叠加相位主值图相位展开, 利用展开的绝对相位值计算投影仪像素坐标值, 最终将投影仪标定转换为成熟的相机标定.实验结果表明: 仿真投影仪标定实验准确度的最大重投影误差约为0.4 pixel, 均方根误差为0.132 96 pixel; 实际投影仪标定实验准确度的最大反投影误差约为0.46 pixel, 均方根误差为0.143 12 pixel; 实验结果与仿真结果的最大反投影误差相差15%, 均方根误差相差7.6%.与现有的采用三频相位展开进行投影仪标定的方法相比, 投影光栅图像数可减少8幅.该方法改善了现有投影仪标定方法的不足, 标定准确度和标定效率均得到提高.