为了利用视觉图像中信息的无源性、实时性以及机载控制器的自创性等特性，解决无人机信源易干扰、有延时、受制约的问题，分析了“十”字型四旋翼无人机的动力结构、控制原理以及无人机飞行过程中位姿方程、动力方程之间的相互关系，完成了四旋翼无人机六自由度信息和飞行控制四元素输入信息之间的转换，设计了基于合作目标匹配的无人机视觉图像自主控制算法。结果表明，在实测值为零时，即可完成自主降落功能。该算法可以实现简单环境下四旋翼无人机的自主降落。这一研究对无人机的自主化、智能化发展具有一定的帮助作用。

为了充分利用连续视觉图像中3维空间信息, 解决无人机自主降落过程中的定位问题, 在稠密3维点云法和光流法定位原理的基础上, 提出了基于同物不同时图像像空间的定位方法。以理论推算、图形注释等方式, 通过求解单个像素点和整个图像移动变化情况, 将连续帧图像的形变、量变信息分解为无人机和参照物的空间相对运动信息, 并结合已知的参照物运动参量, 推算了无人机飞行位姿信息, 完成了无人机基于光学视觉图像的空间定位方法研究。结果表明, 该研究为视觉系统在无人机降落回收过程中独立实现空间定位提供了一定的借鉴和参考。

在深入分析了无人机视觉降落多种方式的基础上，结合无人机连续视觉图像的三维空间信息，提出了基于空地协同视觉信息的无人机自主降落方法，设计了一种多图形组合、多色彩导引、多方法识别的地面合作目标。从坐标系的转换、合作目标的选取、识别与处理等方面进一步细化论述空地协同视觉完成无人机自主降落的方式，通过灰度变换、 HSV色彩变换、HU不变距匹配等方法保障了合作目标的准确识别率。

在设计三通道非成像氧气吸收被动测距系统过程中，确定各通道光电倍增管的绝对光谱响应率对确保系统测距精度具有重要意义。为了克服光电倍增管灵敏度高、易饱和而导致的单色光功率测量困难的问题，提出了一种光电倍增管绝对光谱响应率测量方法。在该方法中，利用积分球与可调狭缝构建通量可调的系统光源，利用响应率已知的标准探测器测量单色光源辐射功率。搭建了光电倍增管绝对光谱灵敏度测量系统，并对三根滨松H10722-01型光电倍增管模块进行绝对光谱响应率测量。同时，为了检验该测量方法的有效性，在外场条件下开展了近程被动测距实验，将测量得到的光电倍增管绝对光谱响应率作为三通道被动测距系统各通道的光谱响应率参数。实验结果表明：在60～300 m范围内，测距平均相对误差为6.25%。实验结果证明了该绝对光谱响应率测量方法的有效性。

根据偏心透镜组的结构原理, 利用液晶空间光调制器(LC-SLM)对其结构进行了优化。对LC-SLM等效透镜功能的原理进行了分析, 模拟仿真了利用LC-SLM对光束进行调制的结果。实验验证了LC-SLM通过加载菲涅尔透镜相位图, 实现了对光束会聚功能, 并且通过耦合位移相位因子可以实现会聚光斑平移的功能, 能够代替在偏心透镜组中实现同一功能的透镜。配合后续的透镜组, 理论上可以控制光束实现大角度的扫描。

为了解决氧气A吸收带被动测距中使用高光谱成像系统存在测量实时性差的问题，提出了一种氧气A吸收带平均透过率的多光谱非成像测量方法。该方法利用3个窄带滤光片分别采集目标位于氧气A吸收带及其左右带肩的辐射强度信息。选择光电倍增管作为光电转换器件，在外场条件下开展氧气A吸收带平均透过率测量实验。建立了氧气A吸收带透过率的逐线积分模型，通过对比实验测量值与模型理论值验证了该方法的可行性。对比结果表明，在测量距离为100~400 m范围内，氧气A吸收带平均透过率的测量误差在0.146%~1.576%之间，证明了该方法的可行性。

针对目前微观夜视仪器产生单色图像的缺陷, 提出了一种单通道三波段的彩色夜视方案。简要介绍了单通道三波段彩色夜视系统的工作原理, 重点论述了该系统的设计方法, 并对滤光片的光谱透过率、色轮的窗口数量、荧光屏与 CCD光电阴极的耦合方式等问题进行了计算和分析。在单通道三波段彩色夜视系统装置研制基础上, 开展了彩色夜视实验, 成功得到色彩较为真实的夜视图像。

为了得到更符合人眼视觉特性的彩色夜视图像,依据RGB彩色理论模型,提出一种基于滤光片分谱作用的三波段彩色夜视方法。根据微光夜视系统成像理论,计算微光夜视系统的视距一般表达式。以典型场景作为探测目标,研究引入滤光片前后微光夜视系统的视距变化率,其中蓝光波段的滤光片引入使视距下降到引入前的15%。基于视距理论分析及色度学原理,提出了提高滤光片的透过率、拓宽滤光片的透过波段、融合图像加入全波图像的三个改进方法。以此制备了三片滤光片,并进行了彩色夜视实验。实验表明,提出的改进方法得到的彩色夜视图像在熵和标准方差两个指标上均优于原始微光图像和传统融合方法得到的结果,且与人眼主观感受一致。

以基于猫眼效应的激光主动探测为应用背景，针对以往几何光学分析方法研究猫眼效应回波特性中存在的不足，从矩阵光学入手，提出了光学窗口映射的光束传输分析方法，建立了光学系统离焦和光束斜入射条件下猫眼效应回波的形状和能量模型，解决了传统公式中发散角物理意义不正确和无法准确预知回波空间范围的问题。通过搭建模拟的理想猫眼光学系统对模型进行了实验验证，实验结果与模型计算结果符合得很好。该模型及相关结论对于基于猫眼效应的激光主动探测及其防护技术研究具有重要的参考价值。

实现目标自适应红外隐身的第一步是获取遮挡背景图像，这部分图像是观察者处于某一视点观察目标时，被目标所遮挡住的背景。而当观察者在不同的视点观察目标时，被目标所遮挡住的背景是不同的，目标与遮挡背景满足透视投影的关系。为求得目标与遮挡背景的关系，首先建立了三套坐标系，即目标本体坐标系、视点坐标系以及热像仪坐标系，然后通过推导三套坐标系之间的转换关系，建立了目标表面各点与热像仪获取背景图像点之间的对应模型，从而实现了遮挡背景的获取。最后通过实验对该模型进行了验证，结果表明：该模型能够正确获取不同视点下的遮挡背景，为工程应用奠定了基础。