海上红外目标识别在海事搜寻中发挥着重要的作用，针对逆光海况下出现的目标反向对比度特点及其目标淹没于背景的问题，结合其直方图呈现的局部尖峰特点，提出了修正灰度占比的新直方图均衡化并融合边缘信息的增强算法。该算法可以有效地提升目标区域的对比度，从而提升海上红外图像的质量。在海上红外目标识别与检测中，建立了目标与背景的多尺度“九宫格”搜索框，演化了局部对比度显著性量化的数学模型，实现了符合人眼视觉特性的红外目标的准确定位与检测。在海上红外图像增强测试中，所提算法可以使原图像的平均梯度提升两倍以上，使局部对比度增益因子提升两倍以上。在目标识别的算法测试中，所提多尺度局部对比度目标检测算法可以使目标检测率达到99%以上。

线结构激光3D成像技术已广泛用于焊接检测。飞溅干扰下快速、准确、实时地提取光条中心图像是实现焊缝在线检测的关键问题。针对传统方法难以有效解决强弧光和焊渣飞溅干扰的问题，提出一种新的抗飞溅光条中心快速提取方法。首先，根据激光光条宽度约束条件提取条纹几何中心，采用快速连通域提取算法筛选出有效轮廓，利用改进的局部边缘连接算法连接飞溅导致的断点；然后，搜索相邻轮廓，将其构成有序对，并生成有向图，查找光条中心投影长度最大的路径作为真实的光条中心轮廓；最后，在粗提取的中心轮廓局部，沿法向计算亚像素中心。实验结果表明，所提方法能有效抵抗焊接时的飞溅干扰，即使拆除线结构光传感器的挡板，仍能实时准确地提取光条中心线，与多种算法相比，具有更高的运行速度和提取精度。

在视觉测量中，为提高轴类零件尺寸测量的鲁棒性，基于平行线拟合提出了一种快速高精度的轴类零件几何尺寸视觉测量方法。平行性约束提高了该方法的抗噪能力，增强了工业测量装置对环境的适应性。首先基于模板匹配，快速找到了感兴趣区域（ROI）。然后根据Ransac算法，利用被测对象两边缘直线各自内点建立平行线方程组，并基于最小二乘法进行非线性优化，从而获取被测对象所占的像素数。在与传统算法进行对比的仿真实验中验证了所提方法的抗噪能力。最后，搭建了远心测量平台，对阶梯轴轴颈的几何尺寸进行测量，验证了所提方法的有效性与可行性。

根据机器视觉物镜对复消色差和高分辨率的要求,将光学系统分成四个光组,对每组初始结构分别进行优化后再组合,得到透镜组的初始结构。利用Buchdahl色散矢量分析方法对部分玻璃材料进行针对性替换,通过多次优化得到符合光学性能要求的复消色差机器视觉光学系统。系统的焦距为60 mm,半视场角为11°,F数为5.45,像方视场可匹配1″大靶面CMOS相机,且各视场的调制传递函数值在200 lp/mm处均大于0.2。系统在0.707孔径处的残余色差为0.01665 μm,满足系统的色差容限。系统的二级光谱为0.08385 μm,基本实现了光学系统的复消色差。实验结果表明,Buchdahl色散矢量分析方法在分组设计和透镜系统的整体优化过程中,可为光学玻璃的选择及系统整体优化提供较大的便利。

线结构光三维测量系统被广泛应用在物体测量、目标检测和焊接等众多领域,而激光光条中心的提取是该系统的关键技术之一。鉴于此,提出一种新的自适应阈值光条中心提取算法,即内部推进算法。所提算法不仅提取速度快,而且具有较好的精度和鲁棒性。所提算法根据激光光条在图像中的分布特点,通过所提的内部推进方法在光条内部沿光条中心向前或向后推进,避免对图像内不含光条区域的访问,从而提高算法速度。所提算法通过改进的Otsu自适阈值算法在内部推进中不断地更新阈值以计算中心。实验结果表明,所提算法具有提取速度快、算法复杂度低、鲁棒性好、精度高和抗噪性良好等优点。

针对激光散斑干涉图像在局部高密度噪声和拉线区域中,最小二乘解包裹算法存在过度平滑、迭代次数多和运行时间长等问题,提出一种新的算法。该算法基于散斑干涉图像近似服从周期性的抛物线分布的规律,首先采用两次矩阵变换,对噪声所在的坐标点进行锁定;继而利用掩模技术并结合二维离散余弦变换和Picard迭代方法,对噪声的传播进行抑制,从而获得平滑的图像。实验结果表明:激光散斑干涉测量对局部高密度噪声很敏感,经过平滑优化后,所提算法较传统最小二乘迭代算法具有更少的迭代次数和更短的计算时间,对单根拉线、单个噪声和变形干扰下的干涉测量的识别率高达96%,精度优于传统算法,具有很高的工程应用价值。

提出一种新的快速激光条纹中心提取算法,该算法具有较好的抗噪声或冗余点能力。该算法在传统重心算法的基础上结合轮廓跟踪算法,根据激光条纹在图像中的分布特点,通过阈值轮廓跟踪算法避免了对图像中不包含激光条纹区域的扫描,以此提高了提取速度,不用对整幅图像完成一次扫描即可计算出激光光条中心。所提算法具有复杂度低、计算简单、程序运行时间少等优点。实验结果表明:该算法能够实现对光条中心的快速提取,比Steger算法提速将近70.37倍,比传统重心算法提速将近4.48倍;对光条图像增加噪声(冗余)点后发现,所提算法具有优良的抗噪效果。

为了克服传统二值图像边界跟踪速度慢和边界漏跟踪等问题,基于Freeman 链码提出一种通用性强的多起点分段二值图像边界跟踪与边界链码获取算法。在借鉴前人对传统Freeman 链码搜索算法的改进,将平均搜索方向减少为2.5就可以找到新边界点的基础上,进一步将复杂的边界分段处理,令前一边界链的起点作为待跟踪边界链搜索的起点,同时把跟踪后的边界点填充,这样自上而下自左而右的对图像扫描,只需一次即可跟踪完所有的边界,并通过设定阈值消除了单像素冗余点。实验论证结果表明,本文算法能够对复杂网状边界、内部孔洞进行有效地跟踪,同时具有抗噪去除冗余点的能力和较快的速度。

基于数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)成像原理,提出了一种利用空间相位移技术的材料三维变形检测系统。并以薄铝板为测试材料,在固定点机械受力条件下进行了热膨胀变形测试实验。通过对检测系统进行坐标标定和不同传感器图像间的相关运算,获取三个不同视觉方向图像之间各像素的匹配关系,然后对匹配好的图像进行滤波和解包裹处理,从而可解析出物体在形变过程中X、Y、Z 三个方向的位移。结果表明所提出的方法可为非结构化环境下材料表面三维应变高精度检测提供了一种有效的方法。

为了满足基于机器视觉的复杂零件表面质量在线实时检测的需求, 根据双远心成像原理和像差理论基础, 采用ZEMAX光学设计软件, 设计了一款大视场宽景深的双远心光学系统。所设计的系统仅由6块透镜组成, 工作波长在可见光范围内, 系统放大率为-0.061, 工作距离大于390mm,最大视场达到180mm。结果表明, 光学系统的最大畸变小于0.1%, 景深范围达到80mm,调制传递函数在全视场100lp/mm处大于0.4, 远心度最大值控制在0.012°内;各种像差均得到很好的矫正, 像质优良。该设计结构符合双远心系统的总体设计要求。