提出一种基于特征多项式的波长移相干涉测量方法。首先，将该方法与两步绝对测量法结合，对多表面干涉技术进行理论研究；然后，以特征图和特征多项式理论为基础设计出一种加权多步波长移相算法，用于对平板的表面面形、光学厚度变化以及光学均匀性信息进行提取计算，并通过移相算法的评价函数及其傅里叶表达式展示了算法对误差的抗扰度；最后，将该算法与OPL算法进行对比。结果表明，所提方法在不同厚度平行平板光学均匀性的测量上具有速度快、精度高的优势。

由于白光干涉测量技术易受环境振动而产生干扰，提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换（NUFFT）的抗振动白光干涉测量方法。该方法将白光干涉测量光路分为两个成像通道，首先通过准单色光干涉图求解移相间隔，通过移相间隔以及NUFFT算法对白光干涉图进行校正，最后利用校正的白光干涉图和七步移相算法复原出待测物体的三维形貌，实验结果表明，所提方法具有良好的抗振动性能。

针对在波前测试时，参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响，提出一种基于偏振光栅（PG）分光的同步移相剪切干涉测量方法，通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构，可获得两束剪切的正交线偏振光，线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后，在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法（DCT）的相位解包裹算法进行处理，得到差分相位分布，再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构，得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量，结果表明，该方法的测量结果具有准确性和稳定性，该方法能够很好地应用于波前动态测量，对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。

针对激光惯性约束聚变实验中的靶丸等微球表面缺陷的真实高度测量问题,为解决现有测量方法存在的缺陷跃变处2π整数倍相位缺失问题,提出一种基于垂直扫描白光干涉技术的零位显微干涉测量方法。该方法采用白光球面零位干涉思想,通过垂直扫描球面干涉获取全视场白光干涉图,然后运用七步移相算法及蝙蝠翼校正算法实现靶丸表面缺陷的形貌计算,最后将白光干涉测量法与激光干涉测量法进行对比实验。结果表明,白光干涉法能够有效解决激光干涉法在缺陷跃变处的2π整数倍相位缺失问题,实现靶丸表面缺陷的真实高度测量,从而扩展靶丸类微球表面缺陷的测量范围。

白光干涉测量技术具有精度高和非接触式测量的优点,是超精密加工领域中的一项重要测量手段。针对白光干涉测量技术容易受环境振动影响的问题,提出了一种动态垂直扫描干涉测量方法(DVSI)。该方法将白光干涉光路分为两个成像通道,得到与白光干涉图同步移相的准单色光干涉图。通过相位-倾斜迭代方法(PTI)对准单色光干涉图进行处理得到实际的移相扫描位置,对白光干涉信号进行相干峰位置的定位,并计算出粗糙的形貌分布,之后利用局部最小二乘方法(LLS)计算出精细的相位分布,将粗糙形貌以及精细相位相结合来复原出待测件的三维形貌。本研究通过数值仿真和实验对比对该方法进行了验证,结果表明本方法具有较好的抗振性能。

环境振动会在干涉测量过程中产生随机倾斜、移相误差,导致测量精度下降。为了降低环境振动对移相干涉测量的影响,提出了一种基于倾斜相位的抗振动干涉面形测量方法。首先,利用Fourier变换将干涉图变换到频域;然后,利用频域细分操作对峰值坐标进行亚像素精度定位,求解出振动倾斜平面;最后,利用最小二乘法计算出待测面的相位分布。实验结果表明,本方法与同步移相法的复原结果具有高度一致性,波面峰谷值和均方根值的偏差较小;且本方法无需对硬件进行改动,可为振动环境下的移相干涉测量提供一种低成本、高精度的解决方案。

提出了一种精确求取莫尔条纹局部倾角的图像处理方法,可用于求解在渐进多焦点镜片屈光度测量中出现的莫尔条纹局部倾角。研究了实际采集到的条纹图片特性,分析了理论推导时假设测量条件与实际测量条件的矛盾,进一步探究表明实际测量所需的莫尔条纹角度实质上是基于条纹相位场而非强度场。在此基础上,提出了基于相位拟合求取条纹局部角度的方法,该方法首先通过移相得到莫尔条纹的相位,然后对相位进行泽尼克多项式拟合,得到相位的多项式表达,最后通过求解多项式对两个方向的偏导数,计算出相应位置的条纹角度。理论分析和仿真结果表明,该方法能够避免背景光和光源振幅分布不均的影响,对条纹噪声和条纹周期变化不敏感,角度求取精度可达到0.2°。

提出了一种高光谱Mueller矩阵成像(HMMI)方法,实现了空间、光谱和Mueller矩阵图像的同步一体化获取。详细讨论了高光谱Mueller矩阵成像的原理以及双折射干涉器剪切干涉成像过程,对偏振态发生器/偏振态分析器进行了联合优化设计,给出了系统的定标方法。为验证仪器的性能,在实验室对目标进行光谱Mueller矩阵成像,证明了利用所提方法快速获取光谱图像和Mueller矩阵图像的可行性。所提方法具有光谱分辨率高、偏振调制快等优点,为光谱Mueller矩阵成像的发展提供了一种新的思路。

提出一种快速高精度Fourier-Mellin变换图像配准方法,可提高高光谱成像过程中光谱复原的速度与精度。该方法运用两次局部上采样相位相关法,一次在对数极坐标域中估计旋转和缩放参数,另一次在笛卡尔坐标系中估计平移参数。引入梯度预处理过程,使算法更加稳健。介绍了Fourier-Mellin变换的原理,该变换可实现旋转和缩放参数的解耦合。在传统相位相关法的基础上介绍了局部上采样相位相关法。证明了梯度预处理过程的必要性。仿真结果表明,所提方法可以实现高精度的图像配准。

提出一种基于双通道剪切干涉的高光谱成像方法,并对其进行了信噪比(SNR)分析。介绍了干涉光谱成像系统的光谱复原SNR,对双矩形剪切干涉原理及双通道差分探测SNR进行了论述及仿真。搭建了实验装置,对实际场景目标进行了光谱成像SNR对比实验,获得了双通道差分探测系统的光谱探测SNR,并与非差分探测系统SNR进行了对比分析。结果表明所提差分干涉高光谱成像系统的光谱SNR为单通道系统的 2倍。