为了更加实时、精确地实现小型无人机视觉导航，利用矩形的几何特性以及空间点、线的共面特征，提出了一种基于单目视觉的位姿分步估计方法。该方法在任意位置对空间矩形进行拍摄，通过获取的一对正交消隐点，确立无穷远点在像平面的投影关系，完成姿态估计；利用光心、空间矩形以及其投影的共面性特征建立约束方程，求解空间矩形在摄像机坐标系下的法向量，结合欧氏空间线性变换的不变性，实现摄像机坐标系中矩形4顶点坐标的线性求解，并根据空间点在世界坐标系与摄像机坐标系间的转换关系，完成位置估计。为了抑制图像噪声对位姿估计的影响，建立基于空间点、线共面特征的指标函数，利用NM寻优算法实现对位姿参数的非线性优化。实验结果表明，该算法具有计算精度高、实时性强、适用范围广的优点，设计的优化算法能够有效地抑制图像噪声，提高了位姿估计的稳健性。

道路裂缝是评价公路质量的一个非常重要的指标，不同的裂缝类型关系到不同的危急程度及不同的修补策略的制定。针对高速公路中常见的横向裂缝、纵向裂缝、块状裂缝及龟裂裂缝，提出了一种基于方向及密度特征的路面裂缝分类方法。文中所提方法的主要思想是利用裂缝在方向以及密度分布上的差异性来对裂缝类型进行划分。基本的过程是首先利用方向性特征进行横纵裂缝与块状/龟裂裂缝的提取，其次，根据分布密度特性进一步甄别块状和龟裂裂缝。为了验证文中所提算法的有效性，采用大量实测数据进行测试，通过与其它算法进行对比，结果表明：文中所提方法具有更高的裂缝分类精度。

为仿真场景景物红外特征和红外高光现象，根据红外成像基本原理改进了计算机图形学中的可见光光照模型，提出了基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型，在可见光Blinn-Phong反射模型中引入自发辐射项并考虑场景中各种辐射源与对象表面间辐射能量的传递，使对象表面辐照效果符合相应规律。在仿真实现方面，提出基于几何特征的反射区域辐射能量计算方法，根据景物几何特征确定反射区域，由入射点处的自发辐射和材料在长波波段的漫反射率、镜面反射率以及反射点处的法向量、探测器位置、朝向等信息计算反射点相对探测器的总辐射能量，实现红外高光效果模拟。分析验证了所提出的红外辐照模型和高光效果模拟方法的有效性。

针对手形几何特征可测量的优点以及现有手形认证方法的局限性，提出了一种基于手部尺寸特征的手形认证方法。通过曲率角定位特征点，由特征点计算出手的不同部位的尺寸，再由这些尺寸构成相对长度特征向量，最后通过计算特征向量之间的欧氏距离实现手形认证。用该方法，在仅有5个特征参与匹配的情况下达到了91.08%的识别率，11个特征参与匹配时达到93.27%的识别率。结果表明，手的尺寸特征可以作为手形认证的一部分有效特征，应用该方法在选取的特征数较少的情况下即可得到较高的识别效果，且该方法实现简单、运算量小，具有实用性的特点。