针对推扫型光学遥感器成像光学系统中线阵CCD探测器各像元响应不一致的现象,提出一种基于太阳漫反射板星上相对辐射定标方法。该方法以实验室积分球定标数据作为参考标准,对星上太阳漫反射板定标数据进行平场校正,消除了相机视场内杂散光及双向反射分布函数(BRDF)分布对相对定标结果带来的影响;进而得到各像元的相对定标系数,最后将相对定标系数应用于海洋、戈壁滩、云层三种不同地物目标场景。结果表明:三种地物场景的原始影像中存在的各种垂直条纹噪声可以得到有效消除;相对定标后各场景影像条纹系数均优于0.0045;基于太阳漫反射板相对定标方法可对线阵CCD探测器进行大动态范围内相对辐射校正,具有较高的时效性和定标精度,以满足星上相对辐射定标需求。

为了解决三线阵CCD空间目标位姿测量的精度问题,提出一种高精度位姿解算方法。该算法将所有线阵CCD相机的坐标系进行统一化处理。通过建立一个新的误差评价函数,运用改进的正交迭代算法求解位姿参数,并进行非线性优化。仿真和实际测量结果表明,该算法有效避免了因数据恶化或初值选取等因素造成的不收敛或收敛差的问题。与传统算法相比,该算法测量精度和抗噪特性均得到有效改善,计算效率提高了4.6倍,实际测量的6个自由度的最大相对误差为0.71%。该测量系统可实现对空间目标的高精度实时测量,且具有安装方便、应用范围广等优点。

为了实现对微小位移的高精度非接触测量，设计了一种基于线阵CCD的高精度位移传感器前端模块。运用激光三角测量法设计了光学镜头，利用FPGA产生线阵CCD所需的驱动时序，CCD输出的一维视频信号经过前置电路处理后得到稳定的模拟信号，供数字电路进行处理。系统具有结构简单、体积小、输出信号稳定、分辨率高、测量精度高等特点。实验测试表明，该传感器前端模块输出模拟信号稳定，干扰小，计算得到最大量程为±15 mm，精度可达到20 μm，能广泛应用于微小位移的精密测量。

波长定标的精度是衡量光谱仪的重要 指标之一。鉴于其重要性，研究了线阵电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)紫外光谱仪的波长定 标，并完整地给出了一种波长定标方法(包括噪声扣除、谱 峰定位和波长拟合三部分)。针对暗噪声影响光谱信号的问 题，提出了一种利用非曝光像元扣除暗噪声的方法；针对谱峰漂移 的问题，提出了一种基于权重窄窗差分的谱峰定位方法；针对单一光 源特征谱线数量不足的问题，提出了一种多波段波长拟合方法。实 验结果表明，本文方法的波长定标精度在0.6 nm之内，关键波长点 上的定标精度在0.01 nm之内，具有定标精度高、复杂度低等优 点，因此可用于紫外光谱仪的波长定标。

针对光学线阵遥感影像几何定位中, 系统误差改正参数对应系数矩阵存在误差的问题, 提出了一种基于正则化总体最小二乘的光学线阵遥感影像定位方法。首先依据有理函数模型的定义, 构建共线条件方程, 利用线性化构建光学线阵影像定位方法和系统误差改正方法, 然后依据EIV模型的定义和性质构建相应的优化目标函数, 并引入正则化项, 依据Lagrange条件极值原理推导基于正则化总体最小二乘的系统误差参数迭代估计方法。实验结果表明: 与经典的最小二乘平差算法相比, 该方法的总体定位精度提高了11.61%, 且比Tikhonov正则化法的定位精度平均提高了6.06%。本文提出方法在不增加任何额外控制信息的情况下, 是提高光学线阵影像定位精度的有效途径。

针对航空、航天等领域大型装备组装对接过程中的大尺度空间物体实时的位姿测量需求，对现有基于面阵成像器件摄影测量系统的二维测角功能进行分解与重构，提出一种基于正交柱面成像的位姿测量新方法。该方法充分发挥线阵CCD器件一维角度分辨率高、采集速度快、处理简便等优势，以正交柱面成像光路简化了相机结构，并采用非参数标定方法校正了柱面成像畸变。针对空间物体姿态测量的坐标同步问题，研究了基于扩展卡尔曼预测的实时识别跟踪方法，实现了多个目标并行测量，并通过基于Rodrigues参数的姿态解算模型实现了实时姿态测量。实验结果表明，该测量方法得到的空间点三维坐标测量精度优于0.5 mm，空间物体姿态解算在偏航、横滚、俯仰三个方向的最大测量误差分别为0.20°，0.12°，0.23°，具有较高的姿态测量精度。

提出了一种新的测量旋光色散的方法。该方法利用白光LED作为光源,经起偏棱镜、样品管和检偏棱镜后,复色偏振光经平面衍射光栅分光后,由线阵CCD进行采集,CCD的每个像元对应接收复色偏振光经分光后的某一波长的光信号,在检偏器旋转一周内,获得相应的光强数据,使用拟合算法,对每一个像元所采集的光强数据逐一进行处理,最终得出CCD像元所对应波长的旋光度,最后得到旋光色散数据。并利用标准石英管进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。

针对线阵 CCD立靶系统中线阵相机的标定问题, 提出了一种现场自标定方法。首先, 根据系统测量原理与光学成像原理建立系统线阵相机自标定模型；其次, 利用基于局部区域效应的亚像素检测算法检测线阵图像中靶标特征边缘的像素位置；最后, 根据自标定函数模型, 利用最小二乘法求解像素坐标与实际物理坐标之间的映射关系。整个标定过程既不用求解相机内外参数, 也无需将相机与系统分离标定, 有效降低了线阵相机标定的复杂度, 提高了标定效率。实验结果表明, 该方法具有较高精度, 满足工程应用需要。