单目视觉中的位姿估计是三维测量中的一个关键问题，在机器视觉、精密测量等方面运用广泛。该问题可通过n点透视（PnP）算法求解，正交迭代算法（OI）作为PnP算法的代表，因其高精度的优点在实际中得到了广泛运用。为了进一步提高OI算法的稳健性和计算效率，提出了一种加权加速正交迭代算法（WAOI）。该方法首先根据经典正交迭代算法推导出加权正交迭代算法，通过构建加权共线性误差函数，利用物点重投影误差更新权值，达到迭代优化位姿估算结果的目的；在此基础上，通过自适应权值，整合每次迭代过程中平移向量以及目标函数的计算，减少迭代过程中的计算量，从而实现算法的加速。实验表明，在12个参考点中存在两个粗差点的情况下，WAOI的参考点重投影精度为0.64 pixel，运算时间为8.02 ms，精度高且运行速度快，具有较强的工程实用价值。

针对现代工业生产中大型装备的生产、制造和装配对于姿态精准测量提出的需求，提出了一种基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法。首先，阐述了姿态测量系统的组成，并对姿态测量系统中使用的坐标系进行定义；其次，建立了姿态测量数学模型，在此基础上利用加权最小二乘法对冗余角度信息进行数据融合，并采用蒙特卡洛法对融合方法进行了仿真分析；最后，搭建了姿态测量实验平台，利用精密二维转台对系统姿态角测量精度进行了评定。实验结果表明：在[−30°, 30°]角度范围内，测量距离为3 m时姿态角测量精度为0.28°，测量距离为8 m时姿态角测量精度为1.76°；与单目视觉法相比，姿态角测量精度在3 m时提升了6.7%，在8 m时提升了18.8%。文中提出的数据融合方法对姿态角测量精度的提升具有较好效果。

高反光表面的三维面形测量是光学三维测量领域的难题之一，本文提出一种基于逐像素调制的高反光表面三维测量方法，可解决光学三维测量中因过度曝光而导致的相位信息无法获取的问题。首先，通过投影最大灰度值的灰度图识别饱和像素点的位置；然后，依据投影低灰度下横纵条纹图进行过饱和区域坐标匹配，并结合一种新的相机-投影仪强度映射关系，逐像素求解过饱和像素点的最佳投影灰度值；最后，投影重新生成自适应条纹投影序列，并结合多频外差相移法用于相位恢复和三维重建。实验结果表明：所提方法的间距平均误差和标准偏差均小于文中其他方法所得的测量值，相对于传统方法，该方法的平均误差减少了61.9%，标准偏差减少了67.7%。本文所提方法的调制度高，速度快，能保证很高的测量精度。

干涉测量技术被广泛应用于纳米级的微观形貌测量，为了提高干涉测量的精度和灵敏度，提出一种基于白光干涉和激光二次干涉相结合的高灵敏度零差干涉测量方法。设计了高灵敏度零差干涉系统，利用激光二次干涉的零点对白光干涉的暗纹进行定位，使其在零光程差时达到斜率最大值。利用波动原理和干涉条纹的强度公式分别对白光信号和激光信号进行分析，并提出将白光和激光干涉信号相结合的灵敏度计算方法。对系统及其灵敏度进行了仿真，最后搭建光路，将白光干涉条纹调至暗纹位置，以此来定位激光二次干涉的零位，并进行数据采集。所述测量方法的灵敏度相比激光二次干涉至少提高1 832倍，相应的测量不确定度仅为±0.288 7 mV。所述测量系统能够有效解决传统干涉测量中计算量大的问题，灵敏度高、稳定可靠。