通过理论推导，对影响三点单目视觉位置姿态测量系统的6个因素（标志器与相机的相对距离，标志器尺寸，相机量化误差，相机内参数标定误差，特征点的中心提取精度，姿态解算算法精度）以及这些因素对系统精度的影响程度进行了分析， 然后通过数值仿真和成像试验验证了理论推导的正确性。实验结果表明，对测量精度影响最大的因素是测量距离，像平面方向的测量误差与靶标和相机的相对距离成正比，光轴方向的测量误差与相对距离的平方成正比；图像中提取的特征点的位置误差是测量系统误差的主要来源，位置误差包括特征点提取误差和由于镜头畸变等引起的特征点成像位置偏移；长焦距和小像元有助于减小相机的量化误差；焦距的标定误差和靶标尺寸主要影响光轴方向的距离测量精度，对其余两个方向的精度影响不大；测量系统的解算算法不是引入误差的主要因素。

为了准确获取空间目标跟踪、视觉导航等领域中目标的三维姿态,进行了目标三维姿态单目视觉测量方法研究.提取图像目标的典型特征点构造出直角三角形,并通过其边长比例先验信息以及弱透视成像模型推导出目标三维姿态的单目解算算法.与传统测姿方法相比,该算法在相机焦距等内参量未知条件下依然可解算姿态,增大了测姿应用范围；与传统迭代测姿方法相比,避免了循环迭代求解过程,无需设置迭代初值,提高了解算效率.数值仿真试验结果表明目标在离相机1~3 km成像时姿态测量误差低于1.5°；实际图像序列测量结果表明目标俯仰角和偏航角测量结果拟合残差小于1°,翻滚角拟合残差小于2°.实验验证了算法的正确性和稳定性,表明该算法在内参量未知条件下能有效测量中远距离成像目标三维姿态.

为了准确提取图像中目标特征，结合靶标的尺寸和特征信息提出了一种基于全局信息的方法。利用霍夫变换(HT)确定图像中包含靶标的目标区域；在目标区域中提取靶标上不同特征区域的中心；利用提取的中心拟合靶标在图像中所占区域的圆心和半径；完成图像上各区域与靶标上对应区域的匹配。实验证明该方法能够有效、准确的提取图像中靶标的特征，实验室内实验中靶标上特征区域中心提取精度为0.09 pixel，实验室外提取精度为0.12 pixel。在序列图像处理时,利用前一帧图像的结果可以有效降低计算量，提高提取精度。

针对空间扩展目标成像纹理特征少，背景单一，以及目标旋转、平移、形变等运动特征所导致的目标定位跟踪困难的问题，研究了基于惯量椭圆位姿补偿的目标定位跟踪方法（TTBPC）。通过惯量椭圆测姿法获取目标准确俯仰角姿态，将目标位置、姿态补偿到统一的坐标系下，结合最近距离特征点匹配原则，最终实现对空间扩展目标的精确跟踪定位。通过仿真图像和实际图像对TTBPC方法的有效性进行了验证，平移目标定位误差小于0.26 pixel，旋转目标定位误差小于0.28 pixel，实际空间扩展目标定位误差小于0.3 pixel，这表明该方法应用于空间扩展目标定位的有效性和准确性。

为了提高薄膜场效应晶体管液晶显示器(TFT-LCD，以下简称液晶光阀)投影图像的分辨率，提出了一种利用压电陶瓷驱动的平台拖动液晶光阀做X、Y方向上的精确移动，实现液晶光阀像素移动的方法。介绍了液晶光阀硬件结构的特点，基于这些特点提出了利用像素移动技术提高投影图像分辨率的原理。根据计算得出X、Y方向精确位移运动的精度要求为10 nm量级，进而选择了实现这样高精度运动的机械结构。提出了3种检测试验结果的方案，绘制了整体试验方案的结构框图。最后，搭建试验平台验证了试验原理的正确性和有效性。采用像素移动技术后，利用液晶光阀投影得到的图像的分辨率在X、Y方向上分别提高到原来的2倍，总像素个数为原来的4倍，突破了星模拟器的分辨率完全受限于显示器件分辨率的状况。