为实现表面微观形貌快速而较简单的检测，一种使用非平行光干涉照明的光学显微三维形貌检测方法被提出。该方法使用空间光调制器对激光光束进行衍射，选取光强相近的2个衍射级通过显微物镜，双光束干涉可得到周期接近图像分辨率、相位可精确调节的照明条纹，被测样本的三维形貌可通过拍摄4帧等相位差的条纹照明图像来计算得到。该方法不需借助干涉物镜产生条纹，不需要轴向扫描装置记录条纹变化，相位调节精确，成像直观。此外，该方法所产生干涉条纹的相位随坐标线性变化，不需对条纹周期进行修正。因为照明条纹参数调节光路独立于显微成像光路，系统装置具有光路简洁、易于调节的优点。为验证所提出三维检测精度，以粗糙度100 nm的粗糙度对比模块和硅片为被测样品进行了三维轮廓重建实验，实验结果显示，所提出方法轴向重复性测量精度为8.6 nm（2σ）。

为实现无人飞行器的自主降落, 针对降落平坦区域包含特征较少、且分布没规律、形状各异等特点, 本文设计了一种基于点云几何特征的快速点云分块和平坦区识别方法。该方法通过无人飞行器上的相机获取二维图像, 并使用多视角立体三维重建技术获得场景三维点云, 提出了以空间距离作为平滑项、以点在Z方向上的高度作为相似项的三维点云滤波算法对三维点云滤波,设计了基于点云法线和曲率的聚类分块对点云进行区域划分, 然后改进RANSAC算法拟合点云平面, 筛选出无人飞行器飞经场景的平坦区, 并最终确定出无人飞行器的最佳降落区。最后, 用本文所设计方法对戈壁人工沟壑、戈壁自然沟壑和小区花园等实拍场景图像进行降落区识别, 实测结果显示识别出的区域地形起伏均小于0.125 m@m2, 满足无人飞行器降落要求。unmanned aerial vehicle

为了提高特征点匹配速度, 设计了一种自适应变尺度构造图像金字塔的特征点提取方法。该方法采用FAST特征点数量作为尺度空间信息量的度量, 利用相邻两层模糊图像的信息量差作为金字塔分层依据, 通过调整尺度参数, 使相邻图像间的细节特征均匀变化; 并使用匹配点数量阈值控制金字塔的高度, 设计利用“边匹配, 边构造”的图像匹配策略来提高特征匹配的效率。最后, 将所设计方法与SIFT、FAST、ASIFT三种特征提取方法进行比较。实验结果表明: 所设计方法在变尺度条件下的正确匹配率可以达到43.59%, 与SIFT相比提高了25.51%, 提取的特征点在目标经历各种光照、角度等变化之后仍能正确表示目标。本文所设计方法根据目标图像特点自适应选择参数, 不需要人工调整就可获得理想的匹配效果, 能适应各种变化条件下的特征提取和匹配工作, 并能提高特征提取和匹配效率。

为解决变尺度目标的跟踪问题，本文基于压缩感知理论设计了一种具有目标尺度不变性的目标跟踪方法。该方法首先通过插值的方式将初始帧中要跟踪的目标扩展细化至设定的模板图像大小，提取其压缩感知变换后的低维Haar-like特征作为模板特征并初始化分类器，其次利用卡尔曼滤波对待跟踪的图像帧中目标所在位置和尺度变化趋势进行预测，然后在预测目标所在位置周围提取多个不同尺度的待测目标样本并提取其压缩感知变换后的低维Haar-like特征，最后将这些特征送入分类器进行分类得到真实目标并更新分类器。经过实验验证，本文所设计的跟踪方法的平均跟踪成功率为77%，平均中心位置误差为12像素。能够实现对运动过程中发生尺度变化的目标的有效跟踪。

当激光跟踪仪应用于多传感器三维视觉测量系统的全局标定时, 由于标定现场环境复杂, 靶标球镜面区域所成光斑随环境光强、视觉测量系统观察角度和激光投射角度的变化而改变, 给靶标球镜面中心的准确定位提出了很大的挑战。设计了一种对光照变化不敏感、对激光点形状和光强分布无要求的靶标球镜面中心定位方法。该方法首先利用图像分割法准确定位靶标球所在区域, 然后对该区域进行滤波, 去除图像中的噪声并增强靶标球与背景的对比度, 之后进行靶标球分割和强反光区域去除, 通过图像形态学处理得到靶标球镜面区域, 最后对该区域的像素坐标进行统计, 得到镜面中心定位坐标。实验采用79幅复杂多变的镜面区域光斑图像进行实验验证,该方法正确定位率可达到91.2%, 其中平均定位误差RMS低于0.74像素, 基本满足全局标定对靶标球镜面中心定位精度的要求。

调焦评价函数对离焦图像的灵敏度直接影响着自动调焦的精度。许多对调焦函数性能研究中,都只是对各个不同函数的灵敏度相互比较,忽略了调焦评价函数的灵敏度不仅和函数本身有关,还和调焦选择区域大小以及图像的空间频率等参量有关的问题。从成像原理基本公式推导出调焦评价函数灵敏度的数学模型。然后根据公式得出在光学系统的焦点附近,调焦评价函数的灵敏度与图像的空间频率成高次正比关系,与调焦区域的面积成线性正比关系,与照明光源的波长和光学系统空间截止频率成二次反比关系。最后实验证明理论分析的正确性。从而为实践中的自动调焦系统设计提供理论指导,以便有目的地选择和控制调焦系统的各个参量进一步提高自动调焦精度。