为了对红宝石球直径进行非接触式、高精度测量，本文提出了一种复合式二次边缘检测法。首先，对拍摄到的红宝石球图像进行预处理后使用自适应阈值的Canny边缘检测算法对红宝石球图像进行一次边缘检测；其次，采用基于像素加权平均的图像融合算法对红宝石球二值化图像与边缘检测图像进行融合，对融合后的图像进行边缘提取，选择三次样条插值法对边缘图像进行插值，通过曲线拟合获得图像边缘的亚像素坐标，根据坐标进行圆拟合，结合标定得到检测结果，完成复合式二次边缘检测，从而实现对红宝石球直径的高精度测量。实验结果表明：对6 mm的红宝石球直径测量，测量精度可达1.5μm，定位精度不超过0.1个像素，满足企业测量要求，为后续实现工业自动化检测提供了较好的技术支持。

针对液晶空间光调制器阵元间相位调制量偏差降低光束衍射效率的问题，提出基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法。依据泰曼-格林干涉原理，搭建了相位调制系统。对调制器加载阶梯变化的灰度图，通过计算干涉条纹移动量，绘制液晶空间光调制器相位调制曲线。采用三次样条反插值法对相位调制曲线进行校正，实现对相位调制量的相位补偿。搭建液晶空间光调制器衍射效率测试系统，对所提优化方法进行实验验证，并与随机梯度下降法进行了对比。结果表明：当光束偏转角度为1.56°、0.78°、0.39°、0.19°时，文中所提方法提高了30%~40%的光束衍射效率，相较于随机并行梯度下降法，衍射效率提高了2%~8%。该方法有效抑制了栅瓣能量，提升了主瓣光束衍射效率，克服了随机并行梯度下降法迭代次数多，优化速度慢，易陷入局部最优的缺点。

为了提升长导轨五自由度测量中直线度测量精度，对五自由度测量装置中直线度测量单元的测量光路、误差模型和标定方法等进行研究。长距离测量时基准光束角度漂移会造成严重的直线度误差，光路中采用了望远物镜结构测量角度漂移，相比于单透镜，这种可以在有限空间内增加焦距，使得组合焦距大于机械尺寸，从而提高测量精度，并通过补偿提高测量稳定性；分析了角度串扰引入的误差，并结合装置中的角度测量值建立了补偿模型；采用四象限探测器作为直线度测量传感器，为解决传感器测量非线性随量程变大而加剧以及测量灵敏度随长导轨移动非线性变化的问题，提出了一种多项式拟合与三次样条插值拟合相结合的分区间标定方法。试验结果表明：在5 m的测量距离以及±400 μm的量程内，与激光干涉仪测量结果对比，误差标准差小于0.3 μm，3 h内漂移小于±0.5 μm。满足长导轨直线度测量对大量程、高精度、高稳定性的要求。

针对光纤振动信号受噪声干扰严重、特征提取单一和识别时间长的问题，提出了改进的局部特征尺度分解和蚁群算法优化深度置信网络的识别方法。首先，采用三次B样条函数插值拟合均值曲线改进局部特征尺度分解算法，并对原始信号进行分解得到一系列内禀尺度分量之和。其次，利用峭度因子和能谱系数构成融合指标筛选有效分量。然后，分别提取有效分量在时域、频域和时-频域的熵值特征进行融合并降维。最后，将综合特征向量馈入蚁群优化后的深度置信网络进行训练和识别，提高算法效率和识别率。采用实测数据进行实验验证，结果表明，信噪比平均提升8 dB，信号平均识别率可达95.83%，平均识别时间为0.715 s。