为了实现头盔显示系统的功能, 在模拟器开发中, 采用体积小、质量轻的彩色微型有机发光显示器做图像源, 具有较高的亮度和分辨率; 通过构建双凸透镜和半透明平面镜组成的光学系统, 实现透视型、视准式显示, 满足了头盔显示的要求; 采用双摄像机和双红外辐射器图形的测量装置, 通过软件采集处理解算头盔位置, 使得位置测量范围大, 而且头盔附加质量小。应用结果表明, 模拟器通用性好, 功能和各项性能达到设计要求。该设计方案可为车载、舰载和机载头盔显示系统模拟器的研制提供借鉴。

植物叶片是植物光合作用的重要器官, 直接体现了植物生长及营养状况。 植物叶片反射、 透射的内部理化信息模型间接反映了植物生长过程中物质、 能量交换信息, 是植物生长过程精细化管理的前提和基础。 植物叶片空间光学特性对基于遥感的作物营养状况诊断、 虚拟植物光线传输模拟、 计算机图形学场景渲染等领域具有重大意义。 双向反射分布函数(BRDF)主要研究物体表面反射光的空间分布特性和光谱特性, 通过对作物叶片光学特性的获取和测定, 准确、 高效地表征作物生长参数, 并进行定量分析, 在植被遥感、 农业等领域的研究与应用中有着极大的优势。 为了更好地把BRDF技术应用于农业遥感、 数字农业等领域中, 将针对BRDF测量装置、 模型发展和分类及其在植物遥感检测中的应用等环节展开叙述。 最后结合综述内容, 分析了BRDF技术在农业遥感领域的局限, 并对其应用前景进行了展望。

基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵, 提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法, 并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型, 根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统, 采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法, 保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证, 并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明: 在±20′的视场范围内, 三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″, 2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高, 且易工程实现三维姿态角的测量。

光电编码器是以高精度计量光栅为检测元件的高精度数字化测角设备, 在当代自动化领域应用广泛。为深入研究光电编码器故障诊断方法, 提高诊断效率, 本文首先介绍了光电编码器分类、工作原理; 其次, 介绍了国内外光电编码器故障诊断关键技术现状, 对具有代表性的故障诊断技术进行了分析与比较, 总结了各诊断方法的优缺点; 最后, 对光电编码器诊断技术进行了展望, 揭示了其诊断方法向自动化、便携化、动态检测、多技术融合和故障预测方向发展的趋势。

为了提高机载光电测量设备定位精度，搭建了机载光电测量设备目标自主定位系统。利用齐次坐标转换的方法，构建了机载测量系统跟踪目标时的目标定位方程和定位误差方程，并利用蒙特卡洛法分析目标自主定位误差。引入小波分析理论对定位误差进行优化以提高目标自主定位精度。对实验数据和飞行实测数据进行了分析，结果显示，采用小波分析理论优化目标自主定位误差可以大幅提高目标自主定位精度，提高幅度达到70%，得到的结果验证了目标自主定位技术的可行性和优越性。文中的分析方法和内容同样也适用于地面跟踪测量平台和舰载跟踪测量设备。

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置，测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统，实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术，通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法，解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。

折射率是光学材料基本参数之一，采用直角照射法折射率测量原理，以光电瞄准法紫外光信号探测、气浮轴承构成精密测角仪角度精确测量、锁相放大器微弱信号检测、软件分析角度值与光强度变化的数据处理模型、计算机自动控制等手段，完成了一套光学材料紫外波段折射率测量仪，实现了光学石英玻璃紫外波段折射率自动测量，并实际测量得到了250 nm~450 nm波长下光学石英玻璃的折射率值。

设计了一套光学对准测量装置,该装置主要由面阵CCD相机、光学镜头、图像处理模块、LED红光光源、球面反光镜组成。介绍了测量原理,测量目标采用等腰三角形排列,通过面阵CCD对目标所反射的图像进行采集,由图像处理模块对该图像进行实时处理,能够同时得到X、Y、Z以及旋转角度等四维坐标数据。推导了光斑图像坐标和被测平面距离等计算公式,并进行了对准精度分析。结果表明,该装置位置误差＜1mm,角度误差为0.24°,实现了高精度、自动、快速对准测量。

为了提高机载测量平台的定位精度和引导精度,利用齐次坐标转换法推导了从大地坐标系到望远镜坐标系的转换方程,并在此基础上建立了误差分析的数学模型。运用蒙特卡罗法的思想,综合分析了机载测量系统中各参数对结果的影响。提出了改善平台测量精度首先要解决的就是载机姿态精度;其次是载机(或目标)的位置精度;此外,通过数据处理来提高定位精度也是有效的方法。实验结果表明:姿态精度从0.3°提升至0.1°后,定位精度和引导精度都可提高30%;载机位置精度从20 m提升至5 m后,定位精度可提高9%。分析过程和结果对机载测量平台的设计有一定的参考价值。