超稳光学参考腔是原子光钟系统中超窄线宽钟激光的重要组成部分。对超稳腔的腔体结构及支撑的精心设计可以有效地降低超稳光学参考腔的振动敏感度。本文提出了一种类四面体结构的超稳腔设计。我们通过在四面体的顶点处施加压力的方式将超稳腔腔体完全固定。由于腔体结构及支撑结构的高度对称性，该超稳腔不仅对固定腔体的支撑力不敏感，而且对空间上三个正交方向的振动都不敏感。我们采用有限元分析的方法对超稳腔的加速度敏感度进行模拟计算。计算结果显示我们设计的类四面体超稳腔在沿光轴方向和垂直光轴方向上的加速度敏感度分别为0.1×10-11/g，1.8×10-11/g，1.8×10-11/g（其中g=9.81m/s2）。超低的加速度敏感度和腔体的全方位固定使我们设计的超稳光学参考腔非常适合可搬运光钟的应用。

针对实际工程中相距数米至数十米的若干几何元素之间的空间夹角, 提出了大尺寸空间异面直线夹角激光检测系统的设计方案。首先, 根据常见待测直线元素不同的实体存在形式, 设计了相应的实体体现方法, 并建立了异面夹角测量所需的公共基准; 对于待测元素在公垂线方向距离很远的情况, 采用单束线结构激光作为公共基准。然后, 针对一个具体的工程实例, 给出了系统检测框架的设计思路。最后, 提出了公共基准与待测元素空间关系的获取方法。采用数字图像处理技术检测公共基准与各个待测元素构成的夹角并通过三角关系间接获得了待测元素异面夹角的检测结果。在30次系统测量中, 系统重复性精度达到±0.020 85°, 表明所提出的检测系统满足测量要求, 验证了测量原理的可行性。

为实现大空间复杂工件的准确测量, 精确校准立体视觉系统变得越来越重要。提出了一种利用光学参考棒, 基于单位四元数法的灵活、有效的立体视觉测量系统现场校准技术。该方法以光学参考棒为校准靶标, 以参考棒上的三个共线的距离已知的红外LED作为特征点, 通过在测量范围内不同位置对光学参考棒上特征点成像, 灵活、有效地实现两摄像机之间的外参校准。参数校准过程中, 自动地控制光强, 优化曝光时间, 从而使得不同位置处光点图像的强度一致, 并且可以获得高的信噪比, 提高校准精度。实验结果表明该方法具有相当高的在线校准精度, 在实际应用中能获得很好的效果, 最大测量误差为0.15 mm, 最大标准差为0.11 mm。

为实现大空间复杂工件的准确测量,精确标定立体视觉系统变得越来越重要。为了克服传统立体摄像机标定过程繁复、户外实现困难的弱点,提出了一种基于光学参考棒的灵活、有效的立体视觉测量系统标定技术。参考棒水平和深度方向各有三个距离已知的红外LED作为特征点。通过在测量范围内的不同位置和方位移动光学参考棒,两像机同时捕获参考棒上特征点的图像。基于匹配的特征像点以及对极线约束,利用线性算法和Levenberg-Marquardt(LM)迭代算法快速地标定立体视觉测量系统。两像机之间平移量的比例因子由参考棒上特征点间的已知距离确定。参量标定过程中,自动地控制光强,优化曝光时间,使不同位置处光点图像的强度均一致,可以获得高的信噪比,提高标定精度。实验结果表明,该方法灵活、有效,在线标定能达到很高的精度,将现场标定过程应用到实际的大空间三维测量系统中,测量最大误差为0.18 mm。