为了定量评价探测相机的成像质量，提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标，形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合，得到其高斯半径、异化因子等参数；对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示：相关度的引入，实现了背景阈值、异性因子的自动优化，减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响；而异性因子的引入，对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响，均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示：弥散斑等效面积圆直径测试重复性在“十”字工况吸收为0.15 pixel,在“田”字工况下为0.19 pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定，很好地控制了探测相机的成像质量。

采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示: 弥散斑直径测试重复性为0.18 μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。

为了研究标准激光光源近场空域测量精度，在理论方面建立了标准激光光源近场强度分布的理论模型，在实验方面提出了科学级CCD面响应非均匀性校正方案和激光近场计算算法。利用非均匀性校正后的科学级CCD和二维扫描装置，在1053 nm标准激光光源软边光阑50 mm×50 mm口径内S形扫描，通过子孔径拼接得到标准激光光源近场图像。近场分布测试结果与理论值一致，差异主要是因为离轴抛物面镜表面粗糙度与科学级CCD随机噪声产生了高频分量。对近场参数测试结果进行分析，调制度扩展不确定度为0.08(k=2)，对比度扩展不确定度为0.01(k=2)。研究结果提高了国家大科学工程激光参数测量系统近场空域测试置信度。

为了测试长焦距激光光学系统焦距，对基于自准直原理的焦距测试精度进行了理论分析，提出了一种采用光纤激光器、分光镜、平面镜、精密测角仪、电荷耦合器件(CCD)探测器和波前采集系统的焦距测试方法。通过自行设计的波前采集系统测试被测激光光学系统透射波前，使光纤点源置于其焦点位置。由CCD探测器扫描自准直点源像面，通过扫描定焦算法，使CCD探测器置于最佳像面位置。旋转平面镜使精密测角仪和CCD探测器同步采集，通过精密测角仪获取平面镜旋转的角度和质心法判读点源像移动的线量，获取被测激光光学系统的焦距。采用此方法对焦距为7171 mm的激光光学系统焦距进行测试，并对测试结果进行分析，扩展不确定度为13.48 mm(k=2)。结果表明，该方法可满足长焦距激光光学系统的焦距测试要求。

对光学系统MTF测试中采样窗口对其测量影响进行了研究。在对标准镜头MTF测试时,采用离散傅里叶变换计算,线扩散函数扫描方向长度为所选针孔像线扩散函数半高宽的5倍左右时,MTF测试结果与设计值差异极值为0.011;采用快速傅里叶变换计算,线扩散函数扫描方向长度为所选针孔像线扩散函数半高宽的5倍左右时,同时采样点数要满足2N,测试结果与设计值差异极值为0.010。为了证明此结论的普适性,按所提的采样窗口选取原则,对大像差镜头轴上和轴外的MTF进行了试验,并将测试结果与OPTIKOS的测试结果进行对比,最大极差为0.013。试验结果表明,此结论能够为光学系统MTF测试时采样窗口选择提供依据。

提出了一种基于针孔像分析的光学系统调制传递函数（MTF）测量自适应背景校正的方法。由CCD显微系统采集针孔目标经被测光学系统成像后的针孔像，计算线扩展函数，并对其进行自适应背景校正，获取MTF。该方法与传统方法相比，消除了周围环境光照变化的影响，提高了测量精度。为验证所提方法的有效性，对标准镜头进行MTF测试，将测试结果与理论设计值比对，测试结果差异极大值为0.01；与美国Optikos公司的测试结果比对，测试结果差异极大值为0.015；对大像差光学系统的轴上和轴外进行MTF测试，并将测试结果与美国Optikos公司测试结果比对，测试结果差异极大值为0.013。实验表明，该方法可满足对不同像差光学系统轴上和轴外MTF的测量。

提出了一种无需标记的物体在线三维面形测量方法。将一固定的正弦条纹投影到待测运动物体上，借助物体运动产生等效的相移变形条纹。基于傅里叶变换轮廓术的调制度对各帧变形条纹计算，提取其具有某一特定分布的特征区域，采用相关度最大法，检测各帧变形条纹对应的调制度特征区域的位移量来检测出物体的移动，从而实现像素匹配，得到一组像素坐标完全一一对应的等效相移变形条纹图。利用Stoilov相移算法得到物体的截断相位，利用位相展开算法展开位相，通过位相和高度映射即可实现在线移动物体的面形测量。通过计算机仿真验证了该方法的可行性。

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手，推导出确定入射光线和棱镜调整的表达式；利用棱镜转动定理建立了五角棱镜的光输出平面波前与其角度制造误差和导轨引起的运动误差之间的关系；并用计算机模拟试验分析了五角棱镜的角度制造误差和导轨引起的运动误差产生的扫描光束转向的波前误差。指出此研究结果有利于五角棱镜的加工和棱镜调整，还有利于大口径望远系统波前检测过程中扫描光束转向的波前误差的修正。

采用整数倍双频光栅投影的借助低频相位导向的双相位图成整数比例相位展开方法不可避免误差积累传递,由此提出了一种采用非整数倍双频光栅投影的新光学三维传感方法.非整数倍双频光栅条纹投影到物体上,两相位同时分别以特定相位间隔增长,CCD依次获取16帧变形条纹图,通过这16帧条纹图的强度,可有效地分离出两组受物体调制的对应频率变形条纹的截断相位.利用两组截断相位关系,进行绝对相位展开,避免相位展开中误差的传递,较好地重建了被测物体的轮廓.计算机模拟试验结果证实,该方法与采用整数倍双频光栅投影相比,测量高度为105mm的同一不规则物体时,标准偏差由0.821mm降低到0.760mm.