火炮整体性能评价体系中，身管缠角是至关重要的指标之一，现有缠角测量方法存在系统复杂、测量精度不高的问题，本文提出一种基于全景成像的膛线自动跟踪身管缠角测量方法。利用全景成像技术获取身管内膛全景图像，在极坐标系下推导内膛全景环形图像增强映射函数；通过建立环形模板匹配模型跟踪沿身管方向预设的阴阳膛线的边缘，完成膛线旋转角的粗定位；根据周期阴阳膛线图像对比度设计目标函数，优化目标函数完成膛线旋转角的精定位，结合身管轴向距离解算身管缠角。真实身管缠角测量实验结果表明，所提方法测量精度优于1′，能够满足实际缠角测量中的应用需求。

为了满足实际工程应用对激光照射系统动态指示精度的高精度测量需求，提出一种无参考距离的双透视校正激光远场动态指示精度测量方法。采用同轴异源的设计方法，用可见光和近红外相机分别对靶板和光斑进行成像，通过室内标定获得双成像系统的配准矩阵，在外场测试中根据靶板合作目标获得可见光图像透视校正矩阵，结合两个矩阵推导出双透视校正矩阵，实现激光动态指示精度的测量。室内标定和室外动态指示精度测量实验的结果表明：双成像系统的图像配准标准误差为0.94 mm，动态指示精度的平均误差为2.45 mm，标准差为9.90 mm，可见所提系统可用于激光照射系统指示性能的室外考评。

针对锥面折反射的全景成像系统采集的圆柱内壁全景图像存在畸变的问题,提出锥面双向投影模型下的圆柱内壁全景图像展开方法。建立含有畸变参数的正向和逆向投影模型,先将圆柱内壁全景图像的像素点逆向映射到展开图像,再将展开图像中缺失的像素点正向映射到原全景图像,通过全景图像和展开图像对应像素点的坐标映射关系,实现圆柱内壁全景图像的展开。实验结果表明:该方法较好地校正了圆柱内壁全景图像的切向和径向畸变,锥面双向投影模型定位精度为亚像素级,相比同心圆环近似展开法,信息熵和平均梯度均有不同程度的提高,能够有效应用于圆柱物体内壁全景图像的展开。

针对传统光束质量测量方法中等距传播面上光场信息采集耗时长、效率低等问题,提出一种非等距双向传播的光束质量测量方法。基于非等距传播步长的更新条件建立非等距双向传播模型,实现激光传播廓形拟合中传播步长的迭代,完成光束质量的测量。实验结果表明:非等距双向传播模型的光束质量测量误差为±1.9%。该方法可有效提高光束质量测量的效率。

简易光学系统因系统结构简单而存在严重像差, 导致所成图像出现模糊、失真等问题.对简易光学系统的成像特性进行分析, 在已知光学系统焦距和光瞳孔径的条件下, 建立含有像差的点扩散函数模型和图像复原模型, 根据焦面和离焦面图像以及精确的离焦量, 无需点扩散函数的先验信息, 采用相位差异法对简易光学系统所成图像进行重构.实验结果表明：单透镜、双透镜和三透镜系统复原图像质量评价指标提升率分别达到24.96%、24.80%和42.04%, 重构后图像质量均有明显提升.

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中, 通过对比不同的激光波长, 分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大, 这会对激光光束质量的测量精度带来影响, 因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统, 建立高斯型激光光束的近远场传输模型, 对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样, 利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明: 利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正, 对比国际标准激光光束质量分析仪, 所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度, 对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。

由于光斑质心探测精度直接影响夏克-哈特曼波前传感器的波前探测精度, 本文提出基于标记分水岭法来确定阵列光斑质心探测窗口。首先, 对采集到的夏克-哈特曼阵列光斑图像进行平滑并求出其梯度图像; 然后, 利用大津(OTSU)阈值法在求出的梯度图像上进行目标标记, 最后在标记过的梯度图像上进行分水岭分割, 确定出每个光斑的探测窗口。由于该方法确定的质心探测窗口是对光斑实际大小进行匹配, 故有效地抑制了噪声对质心探测的影响。实验结果表明: 利用该方法确定光斑探测窗口所计算的质心精确度和稳定性均比传统的在子透镜窗口中计算光斑质心的方法要高。统计多幅图像计算得到的窗口质心标准差的平均值为0.010 9, 比传统法计算出的平均值0.073 4提高了6倍, 满足哈特曼波前传感器对光斑质心计算稳定性和精确度的要求。

夏克哈特曼波前传感器因其可以同时测量激光的强度及相位信息，已广泛用于激光光束质量检测中。根据实际检测的要求，设计夏克哈特曼传感器系统的参数是构建检测系统的重要一环。综合考虑了夏克哈特曼传感器的动态范围、灵敏度和精度等要求及其相互制约问题，进行了夏克哈特曼传感器的参数设计。 说明了具体的指标设计过程，并根据设计指标，研制了激光光束检测系统。系统实际达到的单孔径的动态范围为3.7λ(λ=632.8 nm)，灵敏度为0.01λ，菲涅耳数为2.468，符合激光光束检测系统的要求。

在10℃～230℃温差下, 对大气相干长度r0分别采用夏克哈特曼的到达角起伏法、差分像运动法、波面法三种测量法和四象限探测器进行了测试和对比；对折射率结构常量C2n及闪烁功率谱分别采用夏克哈特曼和光电倍增管进行对比.实验结果表明：对于r0, 在强湍流时四象限探测器比夏克哈特曼的稳定性明显降低, 且对夏克哈特曼三种方法, 差分像运动法可克服设备抖动等问题, 但引入了方向上不一致的问题, 波面法可有效避免该问题；对于C2n, 夏克哈特曼比光电倍增管测量更稳定, 拟合相关系数高达0.96；对于闪烁功率谱, 由于噪音影响, 在200℃时夏克哈特曼比光电倍增管测得的最大频率高15 Hz；最后, 通过对夏克哈特曼子孔径的闪烁功率谱分析得出, 若同一子孔径入射光强不在CCD响应的线性区间时无法准确测量闪烁功率谱, 否则可通过不同子孔径可完成湍流均匀性的测量.这将为湍流池提供最优的测试方法及理论依据.

设计了基于CCD成像法的激光远场能量密度测量系统，给出了CCD成像法测量远场激光能量密度分布的基本原理，并在特定条件下对激光能量测量模型进行简化。利用漫反射靶板将激光的能量分布信息采集至CCD相机，并在靶板的特征位置上安装能量探测器，依据激光能量模型，将激光光斑图像灰度信息与激光能量探头所测的实际能量值进行信息融合，得出灰度值与能量密度的映射关系，进而推测激光远场能量密度分布。实验表明，此系统可以精确测量千米以上的激光远场能量密度分布，测量误差小，且系统简单、可靠，适于各种条件下的激光远场能量密度测量。