为了提高柔性机器人抓握传感中掌心表面的重构精度，本文基于COMSOL仿真，在436 mm×436 mm×2 mm聚丙烯板上，采用7只经聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装的光纤光栅（FBG）柔性传感器，选取环形布设的方式，在板末端中心与两角分别受力的情况下，使用光纤光栅解调仪采集实验中的传感器数据，并通过三次样条插值法进行连续化。设定数个平面Y与拟合圆环相交，计算过点函数获得三维曲面点集，实现了空间曲面的拟合可视化显示。在曲面末端中心受力时，板末端位移最小相对误差为0.549%，最大相对误差为8.300%，最小绝对误差为0.051 cm，最大绝对误差为1.255 cm，板末端两角受力时，板面重构末端位移最小相对误差为2.546％，最大相对误差为14.289％，最小绝对误差为0.005 cm，最大绝对误差为0.729 cm。实验结果为柔性机器人掌心抓握传感提供了应用基础。

激光告警系统通过提取来袭激光的相关参数进行告警定位，其角度定位精度直接与战场生存能力相关。为了有效提高激光告警系统的角度定位精度，基于光栅衍射型激光告警原理，提出一种高精度测量来袭激光参数的算法。对激光告警系统进行标定，用高斯拟合法精确提取出衍射光斑标定图片的0级光斑中心，将来袭激光角度与对应角度的光斑中心进行拟合，根据拟合结果确定任意角度的光斑衍射图像对应的来袭激光角度参数。实验结果表明，方位角测量误差优于0.29°，俯仰角测量误差优于0.38°。该算法有效提高了激光告警系统的测算精度。

为了获得大视场管道内壁全景成像，利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段，视场大小为（65°~115°）×360°，焦距为1.24 mm，F数为3.5，总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成，其中反射镜单元采用Q-con非球面面型，其余透镜均为球面。在尼奎斯特频率93 lp/mm处调制传递函数大于0.4，成像质量接近衍射极限。为验证Q-con面型相对于偶次非球面面型在折反射式光学系统设计中的优势，实际设计了一款与Q-con非球面折反射式全景系统具有相同参数的偶次非球面折反射式全景系统，对两者进行了分析比较。结果表明，相对于偶次非球面，Q-con非球面多项式系数比对应的偶次非球面的多5~17个数量级，不仅有效的提高了系统设计效率、加工与检测精度、减小成本，同时也可以实现像质更高、口径更小的设计结果。

为了实现飞机蒙皮锪孔的高质量检测，提出一种结构光锪孔参数检测方法。该方法基于正交投影建立空间圆锥参数模型，并采用傅立叶曲线和power函数优化模型，有效地避免了实际工程中锪孔点云缺失带来的检测精度下降问题。首先对原始点云进行降噪处理，根据边缘点集中分布在一侧的特点提取了上下边缘并拟合成平面，其次根据正交投影后锥角在XOZ坐标平面或YOZ坐标平面满足傅立叶变换的特点，建立了精确的空间圆锥数学模型，进而获取评价锪孔质量的参数。另外，考虑到被检锪孔本身轴线与坐标平面Z轴会存在偏差，即拟合的空间圆锥轴线与Z轴存在偏差，基于傅立叶变换曲线得出的极值差与法向偏差角之间的关系，提出了法向偏差角的优化数学模型，进一步保证了质量参数的准确性。实验验证了该算法具有更高的精度和更好的抗噪声性能。

通过对比3种负缩透镜优化设计方法来选择易精密加工、质量减轻和佩戴美观的高度近视镜片。在相同的光学参数下，运用双三次样条插值法、高阶多项式和几何构造法设计了3组-10 m^-1的负缩镜片，对比了矢高和光焦度的分布，加工了设计的负缩镜片，比较了3种设计镜片的中心定焦区、最大厚度和边缘厚度。几何构造法镜片中心定焦区面积与双三次样条插值法相同，比高阶多项式大20.99%，最大厚度较高阶多项式法薄0.7%，比双三次样条插值法薄13.26%。同时，几何构造法边缘厚度较高阶多项式法薄80.3%，比双三次样条插值法薄92.42%；双三次样条插值法的中心光焦度与仿真结果的差值为0.06 m^-1，几何构造法的差值为0.11 m^-1，高阶多项式的差值为0.15 m^-1。几何构造法设计的镜片能够满足佩戴者的需求，亦适用于其他类型光学元件的设计。