为了满足斜拉桥拉索表面缺陷的远程检测要求，基于摄远型物镜结构原理设计加工了高分辨率视频摄远物镜光学及机械系统。根据物方300 m 外分辨4 mm 线宽的分辨率要求，按照焦距f′=320 mm 计算，确定摄远物镜像方分辨率为234 cycle/mm。选择适当初始结构，用光学设计软件OSLO 进行焦距缩放、替换玻璃、减少镜片等多步骤优化，最后得到相对孔径为1/5.7、视场角为2 ω =1.379°、分辨率达到250 cycle/mm 的摄远物镜光学结构。合理设计光机结构，加工装调实验样机。分辨率测试实验证明其实际物方分辨率可以达到300 m 远分辨4 mm 线宽。在斜拉桥工程现场成像实验表明该系统符合实际工程结构表面缺陷远程检测的要求。

为了对斜拉桥表面缺陷进行远程检测，设计了四片式高分辨率视频摄远物镜光学系统。图像传感器是像元尺寸为1.4 μm×1.4 μm、靶面尺寸为1/2.3″的1400万像素高分辨率互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机。为了匹配摄像机分辨率，设计的像方分辨率为357 lp/mm的摄远物镜，焦距为320 mm，相对孔径为1/6.95，视场角为1.379°。在物方可在228 m外分辨2 mm的线宽，能够满足对普通斜拉桥拉索检测的距离和分辨率要求。

逆向工程中基于海量散乱点的三维模型重建, 在许多应用中具有重要意义。由于测量系统精度的限制和测量数据无法直接与三维显示系统相结合, 这也成为逆向工程发展的一个瓶颈。对传统的基于多边形网格的生成过程及Bezier插值细化进行了深入的研究, 分析了其中的缺点和不足, 并在此基础上提出了三维显示模型构建的新算法, 即单层串珠算法、相邻层网格算法和模型润化平滑算法。与传统方法相比, 不仅缩短了计算处理时间, 而且节约了存储空间, 具有较强的普适性与实用性。

为了对金相组织的多项组织含量进行定量分析，提出应用Canny算法和灰度等高线相结合的方法来产生封闭金相组织边缘。首先，采用高斯函数对金相组织的灰度图像进行模糊处理，然后，用Canny算法对模糊后的图像获取具有单边缘效应的原始边缘。通过最大类间方差法对原始边缘进行自动计算，获得抑制虚假边缘的阈值，并通过该阈值获取基础边缘。由于基础边缘具有不连续性，因此需根据基础边缘端点的邻域灰度中值计算所需的灰度等高线，同时根据设定的等高线和基础边缘融合的条件，以基础边缘的端点为起点生成封闭边缘。实验结果表明，该算法可有效地生成符合要求的封闭边缘，采用该算法产生的封闭边缘进行金相组织含量测定可使测量误差降低到±1%，可测组织含量范围达到5% ~95%。该算法能满足多项金相组织含量测定的定量分析要求且具有普适性。

为保证物镜转换器的对中精度在0.01 mm以下，给物镜各放大倍率的互换带来更大的活动空间，设计了应用于高级显微镜上的六孔物镜转换器结构。转动板转轴结构借助了半运动学式圆柱形轴系理论，采用有限单元法对转动板和固定板的连接螺纹牙进行应力和应变分析，保证了转轴的回转角误差单边小于1′；通过减小物镜螺纹孔轴与转动板转轴之间的夹角及物镜在转换器上安装位置的分布圆半径，提高了对中精度。设计的六孔物镜转换器结构，为六孔物镜转换器的制造奠定了基础，对七孔物镜转换器的研发具有参考作用。

提出了一种低成本的运动控制平台设计方案。将μC/OSII嵌入式实时操作系统移植到平台采用的单片机中，并采用步进电机细分技术实现了三轴平台的联动。实验测定了三轴联动平台对命令的延迟响应时间，结果表明本方案可以应用于低成本的自动化设备中。

油液污染的检测与分析是控制油液污染、了解设备工况、实现设备诊断的重要手段之一。基于图像处理原理，设计了由倒置光学系统、精密机械结构、4轴联动数控和油液传输系统组成的油液污染度光电检测系统，并制作出科研样机。该样机使用倒置光学显微成像系统，借助高精度快速实时自动调焦机构，由CCD快速获取被测油液的数字显微图像，通过图像分析与处理，得到油液污染信息。该系统具有检测精度高、实时性强和性价比高的特点。

高精度扫描控制系统是现代扫描显微系统的重要组成部分，它影响着扫描显微镜对样品的扫描成像质量。提出了一种基于光栅检测的单片机闭环扫描控制系统的设计方案。该系统采用PC上位机发送指令，下位单片机控制扫描工作台的移动，光栅作为检测元件输出脉冲信号。单片机控制电路实现脉冲的计数并计算误差值，控制步进电机进行误差补偿。步进电机的硬件细分驱动，实现了步距2细分、4细分、8细分。实验结果表明该系统的重复定位精度达到0．005mm，满足扫描显微镜对扫描控制系统的要求。

介绍了表面粗糙度的检测方法,阐述了利用视频化改造后的9J型光切显微镜,基于光切法的表面粗糙度检测的数字图像处理方法,利用Canny算子进行边缘检测和保持连通的边缘细化算法进行细化处理,得到了较为理想的表面粗糙度轮廓曲线,为后续的表面粗糙度参数的计算奠定了基础.

共焦显微镜扫描工作台动态模型是研究控制系统的重要依据,它直接影响工作台的重复定位精度.提出了将机械部分和电气部分分开建模的方法,建立了系统数学模型,该方法具有较好的可移植性,建模过程简单,有利于分析系统各环节对系统控制性能的影响.在MATLAB/Simulink下进行仿真,2 s内系统达到了稳定状态,证明了系统具有很好的动态特性,满足控制的要求.