为了在按摩、针灸等中医相关诊疗过程中, 高效率定位中医按诊所需腧穴。结合单目视觉标定与定位原理, 提出了一种基于三维坐标系之间转换矩阵求取的中医诊疗机械手坐标定位和转换方法。通过进行相机标定得到相机内参数并建立相机三维世界坐标系, 再基于可粘贴于机械手任意固定位置的自定义标签图像建立相机三维世界坐标系与机械手坐标系的转换关系, 通过三维坐标点建立齐次方程, 求解出最优齐次旋转矩阵(R)以及平移向量(T)。将RT齐次矩阵作为两坐标系的关键转换矩阵, 通过数学运算点坐标数据和最优转换矩阵即可得到坐标点在基于标签平面所约定坐标系中的三维坐标, 有助于完成机械手按诊位置的空间坐标转换和精准定位。以六芒星图为标签图, 基于所提出的方法, 通过仿真实验验证了本文所提方法有效性和准确性。

利用三维坐标变换矩阵的方法研究了捕获跟踪瞄准系统的精跟踪图像和角误差量随方位轴和俯仰轴的具体旋转变换关系,正确指导了精跟踪图像和角误差量处理工作,确保实现高精度稳定跟踪。

针对双目视觉系统在远距离目标点三维坐标测量中的问题,首先,基于双目视觉测量系统的原理,分析了双目视觉中相机标定和三维定位过程的主要误差来源;然后,推导了双目视觉三维定位测量系统与相机参数、特征点匹配精度、像元大小、焦距、基线长度与测量距离之间的导数关系。最后,通过仿真实验得到各参数对测量系统定位误差的影响。实验结果表明,该误差模型对双目视觉测量系统的设计具有一定的指导意义。

近红外漫反射光谱具有无创伤、 连续、 无感染、 速度快等诸多优势, 在人体成分无创伤检测方面有很好的应用前景。 但是在测量过程中, 随机噪声、 干扰组分以及检测条件的改变等容易导致异常光谱。 判定并剔除异常光谱对于提高近红外无创血液成分检测的可靠性具有重要意义。 首先分析了近红外漫反射光谱无创血糖检测中可能出现的异常数据类型, 提出了一种综合利用马氏距离、 光谱残差和化学值残差三个指标构造三维空间对样本集进行检验的三维坐标异常数据判定方法。 其次, 针对三层皮肤组织模型, 在参数中设置人为失误、 极端成分含量以及异常温度变化的样本, 通过蒙特卡罗（MC)模拟程序得到一组正常模拟数据以及一组包含化学值异常和光谱异常的模拟数据, 并利用三维坐标法进行异常数据的判定。 结果显示, 该方法能识别出全部异常样本, 剔除这些异常样本后, 偏最小二乘（PLS）校正模型的交互验证均方根误差（RMSECV）由212 mmol·L-1降低到11 mmol·L-1, 初步验证了该方法的可行性。 进一步, 对三位受试者开展了口服葡萄糖耐量试验（OGTT）, 通过在测量受试者血糖参考值的同时同步采集其手指部位的漫反射光谱, 获得了三组在体实验数据。 并利用三维坐标法和蒙特卡罗交互验证法进行异常数据的判定和剔除, 最后建立PLS模型比较两种异常数据判别方法的效果: 剔除三维坐标法识别出的异常数据后, 三组样本建立的校正模型的决定系数显著提升, RMSECV平均值由21 mmol·L-1降低至08 mmol·L-1, 效果优于蒙特卡罗交互验证法的结果。 这些结果表明, 基于马氏距离、 光谱残差和化学值残差的三维坐标异常数据判定方法能有效识别近红外无创血糖测量中的异常数据, 在在体成分检测应用中有显著优势。

针对大视场远距离复杂地形条件下的弹落点坐标测量, 提出一种结合数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的单目视觉测量方法。该方法不依赖目标或场景信息, 只需单幅弹落点图像, 即可快速解算出弹落点的三维坐标。首先, 利用图像二维信息求解出相机与弹落点相连的空间直线; 然后, 根据相机与靶心的相对位置确定直线上的搜索起点和搜索步距, 将直线上的搜索点与数字高程地图进行匹配; 最终求解出弹落点的三维坐标。现场试验结果表明: 相机距监测区域大于500 m, 监测区域视场宽度为300 m时, 相对定位误差优于0.3%。该方法结构简单、成本低、运算速度快, 适用于复杂地形条件下的弹落点坐标测量。

斑马鱼行为学研究已受到越来越多的关注，其空间坐标计算是斑马鱼行为分析的基础。本文设计了一种基于双目立体视觉技术的斑马鱼行为学自动观测装置。结合p 率阈值化和模式阈值化，提出了图像阈值算法。计算斑马鱼图像轮廓像素坐标的平均值，得到单条斑马鱼的水平二维坐标X 和Y。当不同斑马鱼的Y 坐标差异较大时，对两台摄像机各自得到的斑马鱼的Y 坐标分别按大小排序，同一序号即为同一目标；当Y 坐标大小较为接近时，应用最小距离法识别同一斑马鱼。根据折射定理和观测装置结构，推导出斑马鱼三维空间坐标计算公式。算法复杂度分析显示本文提出的算法具有较少的运行时间。通过预设多条模型鱼的位置进行测试，计算结果与预设位置接近，验证了本文提出算法的正确性。

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题, 提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成, 应用空间后方交会原理, 无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程, 设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程, 并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机 3 m的1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm空间内, 在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm, 深度方向的距离测量精度优于0.7 mm, 三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明: 该方法有效, 可被灵活应用, 具有良好的测量精度。

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成, 它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度, 两个相机交汇, 即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机, 内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外, 双相机的外参标定也被介绍, 外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明: 所提出的三维坐标测量方法有效, 具有良好的测量精度。

针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量， 研究了优化系统结构，提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。 分析了系统结构参数对测量精度的影响，通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时，将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算，从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响，得出了其误差影响趋势。在此基础上，提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式，为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200 m的区域进行了监测，结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%，满足系统的精度指标要求，同时使得系统现场架设更加方便快捷，避免了盲目性。