分析了基于彩色光照的粒子图像测速算法中示踪粒子的成像原理，并根据实际流场中的应用环境以及彩色粒子图像测速算法的实验条件，采用一套由白色光源和波长线性变化的滤波片组成的照明系统，为粒子场提供不同深度、相同光强的彩色体积光照明。根据针孔相机模型和其对应的点扩散函数，建立示踪粒子的三维成像模型，得到在彩色体积光照射下流场中的粒子在彩色相机上的模拟图像。结合朗肯涡流模型生成的三维速度场得到不同时刻下的模拟粒子图像。采用彩虹粒子图像测速算法对不同密度的粒子在不同速度的朗肯涡流场下的模拟图像进行粒子分布场和粒子速度场的重建分析，与真实值对比，证明该方法生成的模拟粒子图像可以为基于彩色光照粒子图像测速算法的研究提供支撑。

第一人称2D地形草图重建三维模型是具有挑战性的研究, 由于缺失一维信息, 多数研究都侧重于研究自由设计地形及提高真实感的地面纹理映射方法, 却并未涉及更符合普通用户手绘的目的并遵循摄影几何规律的真实空间位置重建, 本文提出手绘草图直接生成符合真实空间位置的三维模型生成方法。首先, 遵循二维草图既定的形状规律、视觉遮挡关系, 根据小孔成像规律构建相对深度关系; 然后, 通过采样不同深度层的轮廓数据点进行椭圆扩展来建立等高线图, 周向采样点的分形插值来计算地形单元; 接着通过旋转映射来实现空间地形单元的非刚性变形, 从而实现第一人称视角下同一轮廓不同三维模型的构建; 最后, 加入柏林噪声以添加三维地形细节展示的随机效果。实验结果表明: 在相同的二维草图透视下, 可以构建具有不同真实空间位置的三维地形模型, 与三种草图地形建模方法相比, 解决了真实空间位置重建的问题。本文提出的方法更符合用户的设计目的, 实现任意同一投影草图轮廓的三维地形真实空间重建, 得到多层遮挡地形草图的多种真实空间位置布局, 并能满足地形特征的展示, 弥合了艺术意图与数字建模之间的鸿沟。

针对高速摄像条件下双目同步立体匹配存在困难的问题,提出了一种基于双目相机的空间直线运动轨迹快速测量算法。在建立了摄像机空间坐标系的基础上,基于小孔成像原理以及目标点与对应点的映射关系,构建了成像模型。对算法原理的实验验证表明,通过遍历点对组合并对其测量结果求平均值可减小误差,验证了原理的可行性与算法的有效性。

为了克服经典成像测距对相机姿态和视差信息依赖的问题, 以观瞄发控装置的电荷耦合器件获取的单目图像为研究对象, 提出了基于姿态角估计的坦克目标测距方法.该方法首先利用多级尺度不变特征变换匹配算法实现目标姿态角的快速估计, 获取与当前目标姿态偏差最小的模板; 然后利用该模板和目标图像模拟立体视觉, 建立不依赖于相机姿态和视差的单目测距模型.该模型在远距离测距和小角度偏差的前提下, 将模板中的匹配特征点投影到等效平面世界坐标系中, 建立被测坦克图像点及其空间点的映射关系, 将测距问题转化为对相机外参量的标定, 从而求解出相机中心到坦克中心的距离.采用200 m到2 500 m范围内的坦克验证测距方法的性能, 对测量误差随距离的变化规律进行分析, 并将其与不同射程时导弹末制导交班的最大容许误差进行对比.结果表明, 该方法适用于观瞄发控装置获取的任意姿态图像, 实现了野战条件下单兵反坦克**系统的远距离、快速测距; 测量结果中相对误差小于4.9%, 绝对误差小于87.7 m, 满足导弹各个射程的最大容许误差的要求.

基于蒙特卡罗方法, 对γ射线针孔成像系统进行了点扩展函数的模拟研究.采用高斯拟合法比较了入射点中心入射及分别偏离0.5像素、1像素、1.5像素和2像素五种条件下γ射线针孔成像系统的点扩展函数, 得出相应系统的调制传递函数, 并对空间分辨率进行比较.研究结果表明, 当偏离量较小时, 利用高斯拟合方法得到的γ针孔成像系统的点扩展函数误差较小, 能够满足精度要求；当偏离量较大时拟合误差较大.另外, 在针孔与探测器之间加一层理想挡板来减少散射, 可以显著地减少拟合误差, 提高其空间分辨率.

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法, 对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简, 分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下, 通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中, 通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF), 结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数, 进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致, 验证了通过菲涅耳衍射模拟Ｘ光针孔成像的可行性。

为了降低激光位移传感器的生产成本, 提出一套新型激光位移传感器系统的设计方法。该设计基于三角测距原理, 使用CCD 单板机作为光电探测器, 换用小孔光学系统替代透镜, 并针对小孔光学系统的特点对传感器系统重要参数的确定方法进行了研究, 编写图像处理算法提取目标图像中的位移信息, 从而达到非接触式位移测量目的。搭建了一套该新型激光位移传感器系统进行位移测量实验, 结果表明此系统可以达到量程为50 mm、精度为1 mm 的测量需求。

在激光惯性约束聚变实验研究中，诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源，对内爆球壳进行瞬态辐射照相，进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序，对快点火X射线背光照相进行了研究，模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响，对于快点火实验中微米尺寸塑料小球，进行了诊断方案优化。模拟结果表明，综合考虑光通量及成像空间分辨，针孔半径为10 μm时成像效果最佳；此时，采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。

在对平面反射镜高能X射线截止原理分析研究的基础上，为传统的针孔照相系统配置了光学滤片加平面反射镜组成的滤波系统，消除了大部分的高能尾部的影响。介绍了六通道掠入射软X射线针孔相机的结构设计、工作原理及性能。将光源按光子能量切割成6个能段分别进行记录，滤波后各通道的出射光为窄带软X射线。在“阳”加速器上对六通道掠入射软X射线针孔相机系统进行考核，加速器输出电流为779 kA，电流上升时间为75 ns，使用的负载为16根环形W丝阵，成功获取了6个通道的针孔照相图像，并结合Dante谱仪相应通道测得的功率时间谱进行了对比分析，确定了部分Z箍缩辐射热点的图像与功率发射谱的对应关系。