三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用，针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性，本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法，并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系，基于公垂线中点法进行目标点三维重构，确定棋盘格标定板角点的三维坐标；分析角点在镜面的虚实对应关系，标定镜面位置方程，得到反射变换矩阵；通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换，最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性，分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中，其正反轮廓的三维重建效果良好；在五棱铝柱热变形动态实验中，铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致，且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法，具有较高的精度。

针对单相机难以用于全场变形测量以及多相机在全场变形测量中复杂性等问题，提出一种利用双平面镜辅助的双相机系统来实现全场变形测量的新方法。该方法基于相机标定的坐标变换方法，即通过双平面镜实现从真实相机坐标系到虚拟相机坐标系之间的转换，进而实现从实物到虚像之间的转换。将该方法用于空心六角铝棒的热变形测量中，并与ANSYS软件的仿真结果进行比较，结果表明，该方法不但可以实现对被测件的三维重建，而且可以实现全场的变形测量，相对误差仅为0.51%，满足精度要求、效果良好。

数字图像相关(DIC)方法是一种间接测量位移和应变的方法,具有光路简单、适应性好等优点,因此在相关领域得到了广泛应用。首先,以典型的空心圆盘金属零件为研究对象,并利用自行搭建的热变形装置对其进行加热控温。然后,利用DIC方法提取变温前后零件的图像特征,以计算零件外径的热变形。最后,用ANSYS仿真软件对零件在相同温度变化下的热变形进行仿真。实验结果表明,DIC方法测量的零件热变形结果与ANSYS的仿真结果吻合度较好,这表明DIC方法可应用于金属零件的热变形测量。

针对带状序列无人机影像自检校空中三角测量时存在相机参数误差累积过大的问题, 提出一种分类自检校(CSC)方法。该方法首先根据影像的GPS位置信息建立KD树, 并利用K-Means进行自分类; 然后对每类影像分别进行自检校光束法平差, 将自检校得到的多组相机参数进行加权平均; 最后进行全局自检校光束法平差。多组实验表明, CSC方法与室内检校场检校参数的像点畸变不符值均方根误差为0.5像素, 检查点点位均方根误差为10.1 cm, 且较Smart3D, VisualSFM和COLMAP软件能更精确地表示数据的原始姿态。综上, CSC方法可为带状区域无人机影像自检校空中三角测量提供一种有效的方案, 具有较强的实践应用价值。

金刚石分类体系经过上百年发展已趋于成熟。以光谱为基础的分类依据是紫外可见近红外光谱(UV-Vis-NIR)和中红外光谱(MIR)，主要涉及氮、硼杂质元素，所识别的有关晶格缺陷模型已得到较为合理的解释，但大量的晶格缺陷，包括跟氮有关的晶格缺陷研究尚不透彻，这将限制金刚石应用领域的开拓进程。本文汇集了金刚石紫外-可见光-红外光光谱中呈现的部分吸收特征，特别是对金刚石分类系统进行了完整地说明。除此以外，一些在光谱中较易识别的特征，也已经有了较为合理的理论解释和结构模型，总结汇总这些谱学特征以及其对应的结构模型，可以为金刚石材料的进一步研究和应用提供参考。

数字图像相关(DIC)法中初值选取的好坏对图像亚像素位移的搜索效率、算法的收敛速度有着很大的影响。提出了一种基于KAZE特征匹配的数字图像相关法,即KAZE算法。KAZE算法与传统的特征检测算法的区别在于其是通过建立非线性尺度空间来消除噪声与提取特征点,可以有效地避免边界模糊和细节丢失。通过KAZE算法匹配出图像变形前后特征点对坐标,使用仿射变换估计初始变形参数;使用反向组合高斯牛顿法对估计初值进行迭代优化。结果表明,在不损失精度的情况下,该方法相对于传统方法具有更高的搜索效率。

数字图像相关(DIC)方法因其光路简单、适应性好在位移和应变测量中得到广泛应用,在大位移测量中提高DIC匹配速度尤为重要。提出一种改进的爬山算法,修正了传统爬山法易陷入局部极值的缺点,提高了搜索速度,使其适用于大位移测量。用模拟散斑图对改进算法进行实验测试和对比分析,结果表明:这种方法的总体搜索速度与精度优于传统爬山法,当步长改变系数选择恰当时,该算法能以较快的搜索速度得到正确结果。

数字图像相关法(DIC)在位移测量中对搜索速度和测量精度均有较高的要求。在亚像素级测量中,一些不错的算法在速度和精度上很难兼顾。提出了一种组合式DIC算法,即以自适应遗传算法为基础快速得到亚像素级的最大相关系数点,然后以该点为拟合窗口,通过样条插值和二次曲面拟合得到亚像素位移值。以模拟散斑图为研究对象,对组合式DIC算法的测量精度、测量稳定度、搜索速度进行分析。结果表明:组合式DIC算法在搜索速度、测量精度、测量稳定性上比单独一个算法有明显的综合优势,可以满足DIC在亚像素级微小位移测量上对速度、精度的要求。

对遗传算法、粒子群算法、人工鱼群算法三种整像素搜索算法在微位移测量中的应用进行了对比研究。以相关系数大小衡量图像的匹配精度,选择归一化互相关函数作为相关系数及算法的目标函数;对目标函数进行迭代求解,得到了整像素的微位移;以模拟散斑图为研究对象,对三种算法的匹配精度、搜索速度、微位移测量结果进行了对比分析。结果表明,遗传算法在匹配精度、搜索速度及微位移测量精度上具有明显的优势,能满足数字图像相关法在微位移测量中的应用需求。

采用激光诱导击穿光谱技术对复合肥中磷元素含量进行了定量分析。 通过分析特征谱线的激发能级、 跃迁概率和干扰情况, 确定255.3和844.6 nm分别为磷元素、 氧元素的分析线。 实验中对18个复合肥样品进行了测量分析, 用14个样品建立磷元素的定标曲线, 相关系数r仅为0.83, 因此采用多元非线性回归方法进行定量分析, 提高测量的准确性。 与传统定标曲线相比, 在考虑氧元素特征谱线的影响时, LIBS测量值与参考值的相关系数r提高到0.98, 测量的相对误差大大减小, 仅为0.38%～1.70%。 实验结果表明, LIBS技术具有快速分析复合肥中磷元素的潜力。