针对金属工件外观缺陷检测存在光学照明不均、检测缺陷种类繁多、检测系统识别率不高等问题, 研究了检测金属圆柱工件缺陷的方法。分析了局部二元模式(LBP)与局部图像方差强度(LVAR)的基本原理,研究了两者在金属纹理表面缺陷检测中的具体实现方法。采用LBP反应局部图形空间纹理模式, LVAR突出图像强度对比信息, 然后用LVAR计算结果作为权重值来调整LBP的局部纹理提取和度量结果, 实现了金属圆柱工件的自动缺陷检测。实验中采用步进电机控制工件旋转, 配合线阵相机采集圆柱工件的展开图像。实验结果显示, 这种方法有效克服了金属材质光照不均的缺点, 对大量缺陷种类具有较高的鲁棒性, 其检出率高达95.1%, 漏检率为0%, 满足了工业检测要求。

对印刷电路板(PCB）进行表观检测时，传统标准板的图像建立是利用PCB图像自身的特征进行配准和分层的，故检测精度不高。本文从PCB表观检测的实际需求出发，提出了新的检测系统。该检测系统引入解析Gerber文档对PCB光电图像进行分层处理，利用形态学的方法自动修正解析后的Gerber文档，建立精确的标准板。根据主分量分析提取彩色图像频带丰富的信息，依据检测缺陷的尺寸大小设置各层模板及检测阈值，实现局部针对性检测，提高检测精度。实验结果表明，与传统的基于颜色分区域方法相比，基于Gerber的方法不仅提高了检测精度，且较大幅度地提高了自动光学检测系统的检测效率，其微小缺陷检测率高达95.1%，25 cm×22 cm电路板检测时间仅需1.09 s，满足了在线检测对速度的要求。

通过对相移数字全息技术的理论分析，提出了一种适用于动态三维物体成像的全新的同步多路相移全息方法。此方法通过在自由空间连续产生90°相位延迟的参考光束，与激光衍射透过物体后的光场进行干涉，利用四台相机构成的平衡探测器系统同时拍摄多帧干涉图像，根据菲涅耳衍射和傅里叶光学原理动态实时重现物体三维信息。模拟仿真和实验结果表明，该方法实现了单次相移数字全息技术，同步多路的采集可以用于动态物体的实时测量，大量同步多帧图像的获取提升了图像的质量。

印刷电路板 (PCB)表观缺陷检测是机器视觉检测领域的一个重要问题, 为了有效地利用参考法对印刷电路板光电图像进行检测, 需要提高图像配准精度。本文提出了一种基于随机 Hough变换(RHT)和空间数据坐标变换理论相结合的配准方法, 该方法在寻找配准目标和完成配准效率方面均有很大提高。利用 PCB光电图像进行实验, 结果表明: 在提高检测精度, 降低内存空间, 减少计算时间等方面, 该配准算法的优势明显。

针对表观检测系统中照明效果评价和优化较困难的问题，分析了印刷电路板表观图像及其在三维色彩空间中的像素值分布，提出基于三维色彩空间的照明效果评价方法，以量化的色彩分离程度、像素值波动程度和缺陷色彩偏离程度来建立评价函数。实验结果表明，此方法可有效地量化照明效果并符合人眼视觉感受，量化的精度优于1%，根据评价函数进行照明优化可达到对于该电路板的适配照明效果。本方法也可用于类似的表观缺陷检测，如印刷质量检测和塑料产品缺陷检测。

本文针对现今高速数字图像信号的复杂算法实时处理要求以及系统实时升级问题, 设计一种基于 FPGA的 SOPC高速图像实时处理系统平台, 移植可定制高效操作系统 Xilkernel, 并采用多线程编程、软件仿真以及在线实时调试方法, 成功地实现了高速系统实时处理功能。 FPGA操作可并行执行及硬件反应时间精确到纳秒 (ns)级, 因而该系统实时处理性能相对于其它处理平台有明显的优势, 同时也满足了在不需更改硬件架构情况下实现系统的实时更新。

针对一般的连通区域检测算法速度较慢、需多次扫描等问题，本文结合队列的先进先出思想，提出基于广度优先搜索(BFS)的连通区域检测算法。该算法是一种非递归的算法，只需要一次扫描即可记录各个连通区域的点，能有效地降低存储空间和运行时间。本文提出基于特定扫描模板处理像素点，避免重复扫描，利用多核并行处理加速算法，实现了真正的并行运算。利用连通区域自左上至右下有序排列的特性，提出一种逆向合并法，简化了区域合并的复杂度。实验结果表明检测速度有了很大提高。

提出了一种新的基于统计与模糊隶属度的光学字符特征提取方法，可以快速准确地识别受噪声污染的光学字符。相比传统算法，本文方法的特征空间区分度更高，最小类间距离扩大33.2%以上。应用在径向基函数(RadicalBasis Function，RBF)神经网络中，在字体字号变化且有背景噪声污染的影响下，识别率高达99%以上，且相比直方图投影法提速75%。理论分析与实验结果表明，与传统方法相比，该算法抗噪能力更强、模式区分度更高、时空复杂度更低，更简约、更全面地覆盖了字符的特征，应用范围广。已应用于实际系统，取得很好的实验结果。