The Shack–Hartmann wavefront sensor (SHWFS) is commonly used for its high speed and precision in adaptive optics. However, its performance is limited in low light conditions, particularly when observing faint objects in astronomical applications. Instead of a pixelated detector, we present a new approach for wavefront sensing using a single-pixel detector, which is able to code the spatial position of a light spot array into the polarization dimension and decode the polarization state in the polar coordinate. We propose validation experiments with simple and complex wavefront distortions to demonstrate our approach as a promising alternative to traditional SHWFS systems, with potential applications in a wide range of fields.

针对复杂光机系统设计中光瞳光轴位置的传递问题，构建了光瞳光轴镜耦合控制的算法模型以及实施控制的解析公式。依据耦合控制流程，阐述了解析公式中各系数的标定过程及其方法。同时通过搭建的试验光路，验证了上述模型及解析公式的合理性。结合探测器靶面上解算出的光瞳光轴光斑中心，通过光瞳光轴耦合镜各自两电机联动控制，可单步内实现光瞳光轴的快速耦合。执行3次不同控制策略下的光瞳光轴耦合，可使光瞳耦合精度达到近场光斑的0.2%，光轴耦合精度达到3 μrad。

采用大规模红外探测器的遥感仪器对以恒星为主的点目标成像时，受点目标跨像元效应、探测器读出带宽不足等影响，目标信号展宽，在多抽头间隔采样下出现“分裂点”现象，空间红外遥感仪器定位精度、目标辨识能力下降。针对此问题，本文构建了点目标“分裂”退化模型，并根据分裂点之间的强相关性，设计了预检测-能量维度迭代-模型更新-后检测的目标检测流程，通过形态学滤波与多假设关联跟踪对“分裂点”目标各观测进行独立跟踪，获取“分裂点”统计信息。然后利用已知恒星成像的质心矫正退化模型并映射到检测图像，修正目标质心。测试结果表明，该方法能有效区分多目标和“分裂点”造成的假目标，平均定位精度由0.5像元以上提升到0.15像元内。

在基于双目视觉的三维轨迹测量中，双目同名点的高精度匹配是提高测量精度的关键。在狭长空间的近距离测量场景下，针对双目拍摄角度不同导致仅用形心法定位匹配的轨迹测量精度不高的问题，研制了一种形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统。首先，在仅用形心法对目标物体定位匹配的基础上利用极线约束投影进行双目形心的二次定位；其次，提出了一种基于距离和方法权重的灰度互相关方法进行双目形心的亚像素匹配；最后，通过卡尔曼滤波对于目标物体的三维重建运动轨迹进行滤波修正。实验结果表明：该轨迹测量系统通过对多方法组合优化，显著提高了狭长空间近距离条件下的轨迹测量精度，在128 mm的全量程测量范围内对纹理较好目标物体的平均轨迹长度测量误差为13.14 μm，测量精度约为0.01%，相比于仅用形心法定位匹配，轨迹长度测量精度提高了94.3%。