针对复杂应用环境中近红外单目视觉位姿测量系统偏离预置合作目标对象后，无法完成位姿测量的特殊情况，提出一种以合作目标周边随型粗糙面图像为测量对象的单目视觉测量方法，以及图像受损后的动态自愈方法。通过将实时获取的随型粗糙面图像特征与预存基准图像特征进行匹配计算，完成特殊情况下的应急测量。同时，为减少随型粗糙面图像污染或受损后对位姿测量精度的影响，实时计算污染或受损程度并动态自愈基准图像特征。实验结果表明，以随型粗糙面为对象的位姿测量精度稍低于合作目标对象，但能够满足特殊情况下的应急使用需求，提高了测量系统的鲁棒性；当随型粗糙面图像污染或受损达到70%时，采用自愈处理与未做自愈处理相比，方位角测量误差减少72%以上，验证了基准图像自愈方法的有效性。

针对直升机旋翼动载荷飞行试验测试需求，提出一种直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析方法。首先，根据直升机旋翼的结构特点和高速旋转特性，设计了以一组双目高清摄像头为核心的旋翼动态变形影像测量与监控及分析系统；其次，基于双目立体视觉测量理论，论述了测量系统标定、实时单点变形测量、散斑影像匹配、旋翼表面三维重建与三维动态变形可视化分析原理/方法；最后，在地面进行了模拟实测环境的仿真试验，实现了试验系统搭建、试验数据采集、处理与分析。试验结果证明，该方法可获得最大误差优于4 mm的定位测量精度，能很好地实现直升机旋翼三维动态变形测量，为飞行试验旋翼载荷测试数据分析等提供直观、可靠的数据与技术支撑。

针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题，提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列，通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标，并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标，结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系，从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下，进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系，再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度，设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明：该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm；方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此，该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定，且具有操作简便、精度高等特点，可用于双屏视觉标靶的标定。

针对空中加油试飞中加油对接困难的问题，设计了一种基于影像实时处理的加油对接段辅助对准系统，通过影像测量技术计算受油头与加油锥套中心的精确相对位置，实现位置参数与视频画面实时同步显示，用于空中加受油对接辅助对准。并对复杂光学条件下锥套跟踪技术、基于约束的像机标定技术和加受油组件相对位置实时测量等关键技术进行研究。实验结果表明，该算法可实现空中复杂环境下锥套图像快速、稳定识别与跟踪；采用双目视觉前方交会测量实时计算加油锥套与受油头相对位置，与事后处理结果对比分析，精度优于0.1 m，可辅助飞行员进行空中加油对接操作，提高加受油对接成功率。

利用图像传感器的成像灰度实现位移测量，需要在位移过程中用相机对靶标进行成像，进而建立位移值与成像灰度值之间的映射关系，即成像灰度模型，该方法的测量精度取决于成像灰度模型与灰度噪声水平。实际测量过程中，光照不均匀、靶标制造误差、相机成像系统畸变等外部误差源以及内部不同图像传感器单元之间成像特性的差异性均会使成像灰度模型偏离理想情况，从而影响测量结果。为了进一步提高测量精度，所提方法考虑了上述的非线性因素带来的建模误差，采用Fourier级数与高阶多项式结合构造成像灰度模型类，提高模型的泛化逼近能力进而提高建模精度，校正上述误差源导致的灰度畸变。在此基础上，采用基于位移连续性原理的顺序求解法解算位移，实验结果显示，使用该改进模型在10.46 mm行程下的位移测量误差标准差由校正前的56.4 μm降低至1.5 μm。

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景，提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先，通过基于线结构光投影的计算机视觉技术，设计了线结构光旋转扫描视觉子系统，并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定；然后，针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题，提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法，有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹；同时，利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案，通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度，测量系统精度优于0.06 mm；最后，进行金属轮毂外轮廓形貌测量，通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径，验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明：该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量，弥补了接触式三维测量方法的缺陷。