为了有效减弱高动态环境对图像采集的干扰，利用模糊图像的频谱特性，提出了一种适合不同模糊尺度的运动模糊方向估计方法。该方法对比不同模糊尺度图像频谱中心亮条纹边缘特征的差别，通过计算其曲率半径实现不同模糊尺度图像的量化鉴别，在确定图像模糊尺度的大小之后，分别利用倒频谱、二次傅氏变换对模糊图像频谱中心亮线特征进行提取，考虑图像高宽比、中心十字亮线的不利影响，在二值化处理的基础上剔除十字亮线，通过亮线特征点直线拟合完成模糊方向估计。实验结果表明，该算法能够有效鉴别不同模糊尺度的运动模糊方向，估计精度较其他同类算法更高，相对误差率均小于0.02。

为了更加实时、精确地实现小型无人机视觉导航，利用矩形的几何特性以及空间点、线的共面特征，提出了一种基于单目视觉的位姿分步估计方法。该方法在任意位置对空间矩形进行拍摄，通过获取的一对正交消隐点，确立无穷远点在像平面的投影关系，完成姿态估计；利用光心、空间矩形以及其投影的共面性特征建立约束方程，求解空间矩形在摄像机坐标系下的法向量，结合欧氏空间线性变换的不变性，实现摄像机坐标系中矩形4顶点坐标的线性求解，并根据空间点在世界坐标系与摄像机坐标系间的转换关系，完成位置估计。为了抑制图像噪声对位姿估计的影响，建立基于空间点、线共面特征的指标函数，利用NM寻优算法实现对位姿参数的非线性优化。实验结果表明，该算法具有计算精度高、实时性强、适用范围广的优点，设计的优化算法能够有效地抑制图像噪声，提高了位姿估计的稳健性。

针对现有模糊方向鉴别算法检测小尺度运动模糊图像存在误差的问题, 基于运动模糊图像二次傅里叶变换后的频谱特性, 分析了其误差成因, 并提出了一种适用于小尺度运动模糊图像模糊方向鉴别的新算法。首先对小尺度运动模糊图像的频谱进行细化, 通过中值滤波对细化图像“去噪”, 避开了频谱“噪声”带来的估计误差问题; 其次, 选取灰度中值作为阈值进行二值化, 同时去除二值图像的中心十字亮线和中心亮斑, 使模糊方向特征更加明显; 然后用投影变换计算出亮条纹方向得到小尺度模糊图像的方向估计。最后通过仿真验证了算法在运动模糊尺度为3～10像素的小尺度情况下的实效性。实验结果表明, 该算法相比其他同类算法对于小尺度运动模糊图像的模糊方向估计精度更高。

利用正交消隐点的几何特性和不同位姿摄像机图像平面中对应消隐点间的无穷单应关系，提出了一种摄像机内参数的自标定方法。该方法在任意两个位置下拍摄两组正交平行线，获取两幅图像上共四个消隐点后，设计了判定算法确定其间的对应情况。利用对应消隐点之间的无穷单应关系，结合正交消隐点与摄像机光心连线的正交性建立约束方程，实现了对摄像机内参数的线性求解。为了抑制噪声对标定结果的影响，建立基于矩形成像反演点特性的指标函数，利用LM 寻优算法实现了对内参数的非线性优化。实验结果表明，该算法具有对应消隐点判断简单有效，标定结果精度高、实时性强、适用范围广的优点，而且参数优化能够有效地抑制图像噪声，提高了标定算法的稳健性。

为提高无人机自主着陆过程中导航系统的自主性与精确性,设计了一种视觉辅助惯导组合导航方法.该方法以惯导误差方程为过程方程,以着陆过程中单目摄像机2个时刻所得地面特征点投影之间的双视图几何约束为量测方程,构建了非线性滤波器;利用SR-UKF方法实现了惯导误差估计,提高算法效率的同时有效地避免了UKF中由于矩阵开方运算导致的滤波失效;最后根据估计结果校正了惯导导航数据.仿真结果表明:该方法能够提高导航系统精度,使误差降低到惯导系统的8%左右.

基于矩形两组对边的消隐点特性和隐含的长宽比信息，提出了一种新的摄像机自标定几何方法。该方法仅依据同一个矩形的两次或三次成像，即可在摄像机传感器特性已知或未知时标定摄像机内参数并辨识矩形长宽比。利用空间中有限距离点与同一无穷远点的连线相互平行和完全四边形的调和分割特性，以及被多次成像的矩形长宽比相同的特点，建立了摄像机内参数约束方程。通过建立与直线段成像相关的代价函数，提出了畸变参数寻优与线性内参数标定相迭代的畸变校正方法，可获得与摄像机无畸变情况下相当的自标定精度。在确定矩形任意两个顶点坐标的情况下，即可求解摄像机所有外参数。仿真实验表明，该标定算法收敛快速，对图像噪声不敏感。实际图像实验表明，与传统平面靶标法相比，该方法不但减少了预知条件，而且提高了标定精度和效率。

建立了涵盖刚体货物、牵引伞、舱内地板角等影响因素的复杂空投过程运动学模型, 提出了空投系统牵引伞力作用方向, 推导了空投货物与载机相互作用力大小及作用点, 设计了0-1控制变量对货物在空投的不同阶段进行分时控制, 简化了建模过程, 使模型具备不同空投模式下的仿真能力, 在此基础上设计了集空投系统设置、仿真、分析与显示为一体的实时仿真平台, 最后通过仿真对该模型与传统空投模型之间的动态响应误差进行了量化分析。

利用一组平行线在不同姿态摄像机图像平面中对应消隐点间的无穷单应关系和摄像机相对姿态信息，提出了一种摄像机焦距的高精度实时标定方法。该方法仅通过摄像机在任意两个位置下拍摄同一组空间平行线，基于消隐点对之间的无穷单应关系构建约束，求解焦距参数；将对应光心与消隐点连线的平行程度作为优化指标，利用Nelder-Mead非线性单纯型法实现焦距参数的优化，有效地抑制了图像噪声和姿态测量误差，提高了标定结果的精度和算法的稳健性；大量仿真结果验证了该算法可以在任意相对姿态下实现，且具有精度高、稳健性强、实时解算的优点。

提出了一种畸变中心未知的非量测摄像机畸变标定新方法，该方法无须求解摄像机内外线性参数即可标定摄像机二阶多项式径向畸变校正模型。该方法分两步实现：将直线畸变成像的曲线的两个端点用直线段连接以形成闭合曲线，得到其面积值及端点与畸变参数及中心的近似关系，以此完成近似标定；依据该闭合曲线端点和当前畸变标定值，由畸变模型生成参考值对近似关系进行修正，准确逼近实际的畸变参数与中心。另外，设计了一种畸变校正指标函数，利用局部非线性优化方法进一步抑制了噪声对标定结果的影响。仿真和实际图像实验均表明该方法收敛快速，标定精度高。

基于矢量法推导了三维空间风场扰动下, 超低空空投货台舱内移动飞行过程中六自由度动力学方程。考虑风速沿机身和翼展方向非均匀分布引起的附加气动力作用, 提出了基于四点模型的风梯度建模与解算方法。通过动力学方程、气动导数构型, 分析了货台运动和扰动风对空投载机品质特性的影响机理。仿真研究了紊流和侧风扰动下空投过程载机安全性和操纵性, 结果表明: 强紊流场会使载机载荷因数正负交替地振荡, 干扰驾驶员操纵; 强侧风环境下, 载机可能因大幅滚转而使翼尖触地。