印刷电路板上连接PIN正位度检测是保证PCB电气可靠性的重要环节，其主要检测PIN缺针、共线度与高度。为满足生产实际需求，提出一种基于双目视觉的连接PIN正位度检测方法。首先，通过双目标定获取相机内外参数，实现图像立体校正；其次，根据先验的相对方位和给定的排列信息生成相应的栅格，基于栅格灰度阈值变化进行PIN缺失检测；然后，分别提取PIN在两个相机视野中对应的特征角点，基于视差原理进行针尖三维坐标计算，实现对PIN的排列共线度检测；最后，提出了基于特征提取的PIN相对高度检测方法，实现了对PIN的相对高度检测。实验结果验证了所提方法的有效性，PIN相对高度检测的平均耗时为125.4 ms，精度达99.535%，重复性精度在±0.05 mm内。

针对图像去雾算法效果不佳、处理效率低的问题, 提出图像融合快速去雾算法。首先对原图降采样处理, 减小图像尺寸, 拷贝两份图像, 然后分别转换到HSV色彩空间。针对转换后的第一份图像, 降低v分量, 提高透射率准确度；针对转换后的第二份图像, 对v分量进行自适应处理、对s分量线性拉伸, 提高图像色彩饱和度；接着将处理后的图像转回到RGB色彩空间, 对转换后的第一份图像进行改进的暗通道算法去雾、直方图拉伸。最后对融合后的两份图像重采样。实验结果表明, 去雾后的图像主观上视觉效果好,客观上算法复杂度降低, 峰值信噪比、结构相似性、信息熵、标准差显著提高, 证明算法有效。

针对MEMS陀螺仪受随机误差影响较大需要进行滤波处理, 采用时间序列分析法建立的随机误差模型无法直接用于动态条件下滤波的问题, 提出了一种基于角速度估计的随机误差动态滤波方法。首先, 采用时间序列分析法对MEMS陀螺仪随机误差进行分析与模型构建; 然后, 将角速度估计假设模型建模为三维线性模型, 并与陀螺仪随机误差模型结合构建动态滤波模型; 最后, 采用强跟踪卡尔曼滤波方法直接估计出角速度值以实现对随机误差滤波, 并进行试验验证。结果表明: 无论是静态还是动态条件下, 该滤波方法估计的角速度值精度均较高, 可以有效降低MEMS陀螺仪的随机误差, 提升MEMS陀螺仪精度。

针对大尺寸平面零件尺寸测量系统标定精度不高的问题，提出了一种基于深度信息的系统标定方法。首先利用圆形平面靶标，提出一种提取靶标图像特征点的新方法，采用自适应阈值的边缘检测和多项式拟合算法提取特征点亚像素轮廓，利用椭圆拟合得到中心坐标；然后根据带有畸变的非线性成像几何模型，采用最小二乘法计算摄像机参数的最优解，获得靶标的位姿；最后提出被测物表面与靶标平面之间的深度信息作为摄像机模型修正项，校正测量平面位姿，利用成像原理和直线与零件表面交点确定零件尺寸。设计了单目视觉尺寸测量系统并进行实验，结果表明：标定反投影误差小于0.02 pixel，在1×0.75 m²的视场内，系统测量精度达到了0.05 mm。

为了实现对半导体激光器温度的高精度控制, 利用热电制冷器、温度传感器与相应的散热装置, 设计了一套半导体激光器温度控制的实验系统。首先采用热力学分析方法, 对实验系统进行了理论分析, 建立了该温控实验系统数学模型与相应的传递函数;其次, 在取得了半导体激光器温度数据的条件下, 根据模型参量的特点, 提出了一种结合阶跃响应的实验曲线, 应用非线性曲线最小二乘拟合进行模型参量的辨识; 最后利用该模型参量进行了系统仿真和实验验证。结果表明,仿真曲线、拟合曲线与实验曲线结果一致, 拟合的模型参量具有较高的预测精度。这些结果对优化调整温度控制实验是有帮助的。

用光学显微干涉法进行表面形貌测量时其深度测量范围的扩大和形貌测量精度的提高是一对矛盾。为此,本文设计出了一种基于波长轮换与相移扫描相结合的三波长表面形貌测量系统,并提出了一种基于椭圆拟合与相位差大小尺度相结合的相位提取与识别算法。将这种算法运用于多波长干涉图像的数据处理,有效地提高了形貌的整体测量精度,并拓展了深度测量范围。实验结果表明: 在深度测量范围扩大近15倍的条件下,采用粗糙度国家基准校准的方波多刻线样板得到的表面粗糙度数据与校准数据的相对误差仅为4.12%,表明该系统在一定的深度范围内能够实现表面形貌的高精度测量。另外,针对该系统设计的多波长相位识别算法对环境噪声要求不高,可以支持系统的高噪声或在线测量。

采用四象限探测器接收干涉条纹进行位移测量时, 干涉条纹的形状会影响各探测器之间的相位差。本文在建立干涉条纹形状与干涉夹角关系模型的基础上, 提出了应用四象限探测器识别干涉条纹形状的方法。通过干涉条纹光强面积分运算方法, 推导了干涉条纹形状参数与探测器信号相位差之间的理论公式, 并给出了相位差与干涉夹角之间的关系。利用PZT匀速驱动参考镜的方法实现了干涉条纹的动态调制, 提高了信号相位差的识别精度。通过椭圆拟合技术实现了相位差在(0, π)的高精度识别, 并结合特定的正余弦累积运算实现了(-π, π)相位差的识别, 从而完成了偏转角度方向的测量。相对传统CCD条纹形状识别方法, 该方法扩大了角度测量范围, 且更适合动态测量。与高精度自准直仪进行的比对实验表明,该方法在±300″的测量精度为3″。

在分析传统光电转换电路的基础上,提出了一种三极管电流放大加运放电压转换的新型光电转换电路。通过建立光电检测电路的噪声模型与系统频率响应函数,从信噪比与频率响应两方面论证了这种光电转换电路的优点。实验分别对静态光强信号与高速运动干涉条纹信号的接收分析,表明这种方法无论在信噪比还是响应速度上比传统的电流型光电转换电路都有大幅度的提高。

针对无衍射光大景深成像系统所拍图像对比度低,边缘轮廓模糊,提出一种新的基于Retinex理论的图像复原算法。首先,利用同场景多幅图像叠加对多幅无衍射光图像进行叠加处理,去除图像的加性噪声,然后将处理后的图像通过多尺度Retinex(MSR)算法处理得到目标图像。实验结果表明:采用的同场景多幅图像叠加与多尺度Retinex组合算法(MCIMSR)同单一的多幅图像叠加或者多尺度Retinex算法相比,图像对比度更大,边缘轮廓更清晰,图像主观视觉特性有明显的提升。因而,将该方法应用于无衍射光大景深成像系统的图像复原,能够满足成像和在线检测的要求。

介绍了基于压电陶瓷 (PZT)的激光干涉系统中若干信号同步问题: 首先, 针对采集卡 D/A驱动 PZT和 A/D高速采样二者的同步处理, 介绍了分别利用 Visual C++改进软件算法和软硬件相结合实现同步的两种方法, 并通过绘制 PZT线性特性曲线比较两种同步方法的优劣; 其次, 针对常用采集卡对多路信号的采集是异步的, 且采样频率越低, 误差越大的问题, 通过增加采集卡模拟量输入 (IA)通道使用数目的方式, 对四象限光电管四路信号进行对称布置的方法消除采样间隔引起的误差, 实现相邻象限相差的高精度识别, 同时起到了一定的滤波作用; 最后, 利用频谱特性分析了移动平均的滤波效果。实验结果表明该同步技巧能较大提高相差的识别精度, 滤波算法能较好滤去背景光强及光电子器件引起的噪声。