为提升飞秒激光加工芳纶纤维复合材料制孔质量，优化制孔加工参数，进行了制孔试验。用共聚焦显微镜与超景深显微镜观察圆孔边沿形貌，并测量了热影响区大小。分析了激光功率、扫描速度和重复频率对圆孔的形貌、热影响区大小以及几何精度的影响，对比了激光制孔与机械制孔后材料的拉伸强度。研究发现，一定参数范围内，激光功率增加、重复频率降低或扫描速度减小使热影响区尺寸整体上逐渐变大。但激光功率不足导致的烧蚀不充分也会产生较大的热影响区与表面损伤。热影响区最优状态对应的激光参数为激光功率5 W，扫描速度1 050 mm/s，重复频率200 kHz。对比传统机械加工，飞秒激光加工后材料的拉伸强度波动性更小。结果表明，芳纶纤维复合材料的飞秒激光制孔加工不是完全的“冷”加工，由于芳纶纤维导热性差，热量累积造成纤维及纤维周边基材的热损伤，仍会导致较小的热影响区产生。采用合适激光参数的飞秒激光对芳纶纤维复合材料进行制孔加工，能有效提升制孔质量，满足相关领域精度和强度的要求。

基于几何稳相法求解调制相位，使用傅里叶透镜进行傅里叶变换，在后焦面处聚焦，得到对应的平顶光束，从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束，其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现，方形平顶光束受零级光影响均匀性较差，因此详细分析了零级光产生的原因，提出了有效的解决方法，并对实验结果中出现的零级光通过叠加闪耀光栅直接移除。实验结果表明：移除零级光后方形平顶光束的能量利用率为72.3%，光束均匀性高达97.2%，优于传统整形方法。最后进一步分析了全息图与入射光束偏移量、离焦以及入射光束束腰半径对几何稳相法整形质量的影响，为几何法光束整形的应用提供了便利。

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。