聚焦评价是根据离焦序列图像搜索并获得最优像点位置的数值分析方法,其分辨力直接决定三维聚焦形貌恢复技术的重建精度。以空域拉普拉斯算子与频域离散余弦变换为基础,提出一种联合二者聚焦评价结果的高分辨力聚焦评价方法。首先,使用离散余弦变换算子对图像进行聚焦评价,将拉普拉斯算子聚焦评价值对称变换的结果作为权重因子;然后,使用权重因子对离散余弦变换评价值进行修正,以增强对图像聚焦特征的响应,抑制对图像离焦特征的响应;再次,通过分析离焦光学系统,采用计算离焦点扩展函数的方法生成离焦序列图像,仿真验证了该方法的有效性;最后,使用不同成像镜头及成像目标,搭建了不同离焦场景的实验平台,利用所提聚焦方法及传统的5种典型方法对采集到的离焦序列图像进行了聚焦对比分析。结果表明:所提聚焦评价方法在小离焦和大离焦图像中均能表现出优良的评价结果,且峰值灵敏度和陡峭度均明显得到提高。所提方法具有更优的聚焦评价分辨力及响应灵敏度,可有效提高三维聚焦形貌恢复精度。

针对透射式光学系统的光轴无法直接寻找的问题，提出基于光学节点特征的光轴标定方法。采用该方法研究节点与等效节点的性质，通过观测焦面像点的位移变化来确定节点的位置以标定光学系统的光轴，依据此方法设计双向互标双自准直平行光管的光轴标定装置，其中成像接收端的抽插式结构设计可以有效避免波前误差的影响，最终验证光轴标定方法的可行性。实验结果表明，该方法具有较高的光轴标定精度以及广泛的适应性，透镜光学系统的光轴标定精度为7.7″，为空间光学及**等领域的透镜光学系统提供一种测试装调辅助手段。

基于实际激光除冰过程对光斑尺寸与作用距离的需求, 根据激光器功率与抗激光损伤阈值的工艺参数, 确定激光除冰光学系统的纵向长度与横向尺寸, 据此设计了作用距离为100~500 m且光斑尺寸为200~600 mm可调的抗高功率损伤光学系统.针对激光作用距离、光斑尺寸与调焦距离的关系曲线进行了理论计算与模拟仿真, 仿真结果表明系统可实现所需的作用距离与光斑, 并经实际样机实验得以验证.

针对国家电网系统在防污闪工作中, 无法在线测量电气设备爬电距离的现状，基于双目立体视觉研制了一种高压绝缘子爬电距离的带电检测系统。提出了利用圆锥面离轴反射镜产生线结构光的方法。利用窄带滤光片增强了线结构光在图像中的对比度，并结合最大类间方差法和灰度重心法对图像进行自适应阈值分割，实现了特征点的自动提取，解决了强太阳光和复杂背景对特征点提取的干扰问题。通过系统标定后，对高压绝缘子样品的爬电距离进行了精度测试，实验结果表明最大相对误差为1.45%，平均相对误差为0.69%，已成功应用于110 kV变电站中各种绝缘子爬电距离的在线带电测量。

为实现高能激光的有效发射，设计了一种高能激光精确指向监视系统.该系统通过调整主、次镜的相对位置来进行调焦，同时能够在100~1000m范围内对自然目标清晰成像.利用ZEMAX软件对光学系统进行设计优化，运用ZYGO干涉仪和大口径平行光管进行辅助装调，使成像系统成像角分辨率达到3.38μrad＜5μrad，光学系统同轴度达到4.75″≤5″，满足设计指标要求.该系统能够捕获、识别、跟踪目标，从而引导高能激光进行精确打击.

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制，对待测波前采样不足，影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论，提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法，弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证，对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%，该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。

分析了温度对三线阵测绘相机传递函数和交会角的影响，通过热光学计算确定了测绘相机的热控指标。首先，在设定测绘相机热载荷状态的基础上，用有限元方法分析了温度场及热弹性变形；利用Zernike多项式进行波面拟合，代入光学软件考察温度对光学系统传递函数的影响，得到测绘相机光学传递函数在假定温度场作用下的下降系数。然后，进行了测绘基座的热尺寸稳定性分析，并在此基础上考察了温度对测绘相机交会角的影响。实验显示，上述分析避免了热控设计的过设计或设计不足，为制定合理的热控设计指标提供了数据依据。

在平行光路中，光学系统的光学元件的误差或微量运动可抽象为绕定点的微量转动，其成像关系可归结为在微量转动下物像共轭关系的依次迭代，利用光学系统这种动态成像关系的思想，建立一个统一的光学调整及误差分析的数学模型。利用此模型分析光通信系统中分光系统的机械安装误差对系统的影响，建立每个反射镜的机械调整坐标，从理论上指导分光系统中每个反射镜的机械调整，最终使通信激光发射系统和精信标激光接收系统的光轴平行度达到5″。

用理想倍率元件进行匹配，对4种液体光学补偿通用构架模型分析推导，得出如单液面、双液面、液体中的反射及透射等诸多平行光路中补偿光学结构的数学模型。设计和演变的光学结构是在液体中置反射镜，光线两次通过液体自然表面，再与理想倍率的平板或施密特棱镜匹配所构成的，水平定向和坡度定角精度能够达到0.01″。给出液体补偿方式匹配表对文中未举例的其他液体光学补偿结构的构成和演变方式具有指导意义。最后对设计的结构补偿误差进行分析和实验验证，给出水平补偿曲线、横摆补偿曲线和像旋补偿曲线。

为了克服现有技术存在的不足，实现光学测量装置在轴孔内的高精度测量，提出了一种新的轴孔内的同轴定位机构装置。根据机械技术领域的三点定心原理及六点定轴原理，利用机构中2个涨套的6个弹性爪与轴孔机械轴进行点接触，由于与轴孔内壁接触都是刚性接触，能够承受较大负荷从而实现光学测量装置光轴与轴孔机械轴的精密重合，达到高精度的定位及保持高精度的同轴状态。定位机构在实际中得到了很好的应用，理论和实践证明此定位机构能够很好地实现光学测量装置在轴孔内的高精度定位，精度能够达到10″以内，从而起到光学测量装置测量机构轴线的作用。