针对透射式光学系统的光轴无法直接寻找的问题，提出基于光学节点特征的光轴标定方法。采用该方法研究节点与等效节点的性质，通过观测焦面像点的位移变化来确定节点的位置以标定光学系统的光轴，依据此方法设计双向互标双自准直平行光管的光轴标定装置，其中成像接收端的抽插式结构设计可以有效避免波前误差的影响，最终验证光轴标定方法的可行性。实验结果表明，该方法具有较高的光轴标定精度以及广泛的适应性，透镜光学系统的光轴标定精度为7.7″，为空间光学及**等领域的透镜光学系统提供一种测试装调辅助手段。

标定方法一直是线结构光三维测量系统研究的关键要素。重点讨论了线结构光传感器标定方法中的三个问题:标定靶物、光平面标定方法以及标定精度评定方法的比较。首先,总结了常用的标定靶物类型及其标定特点,为标定靶物的选型提供参考;然后,按照标定靶物和传感器标定时的相对运动关系,将当前主要的光平面标定方法划分为三类,分别是靶物与传感器位置关系固定不动的标定方法、靶物与传感器之间存在可控运动的标定方法以及靶物与传感器之间可自由移动的标定方法;其次,系统归纳了现有标定精度的评定方法,分析了各种方法的原理以及特点;最后,总结了线结构光标定方法的发展现状,指出线结构光自扫描测量系统和水下标定是线结构光传感器的发展趋势。

针对球幕点目标投影与跟踪系统中多个子系统相对位置关系探测复杂的问题，提出了一种适合现场测量的精确标定方法。将球幕作为世界坐标系，利用子系统对球幕球心标定，得到子系统在球幕坐标系下的坐标，从而实现目标点在子系统之间的坐标转换。研究了球幕球心标定原理及标定点投射方法，建立了球幕球心在标定系统坐标系下的高斯-马尔科夫(G-M)求解模型，仿真分析了影响标定误差的因素。结果表明，通过减小子系统到球心的距离和改进投射的标定点空间分布能够有效提高标定精度，最后提出基于整体最小二乘(TLS)的球幕标定方法。根据仿真结果，设计模拟球幕和标定器并完成实验，标定结果满足现场快速精确标定的要求。

改进了用于标定线阵摄像机的传统精密测角算法, 标定用于面阵摄像机的参数。该算法利用两束平行光之间的夹角和投影在摄像机上图像点之间的对应关系, 在给定一个预测摄像机主点的基础上计算它和实际主点之间的偏差以及摄像机焦距。分析了图像特征提取误差对于平行光夹角测量精度的影响, 并给出一种基于平行光夹角误差最小的最优估计, 从而进一步提高摄像机内部参数的标定精度。通过仿真实验分析了图像特征提取精度和平行光夹角测量精度对摄像机参数标定精度的影响。结果显示, 当图像特征提取精度为0.1 pixel, 二维转台精度为0.5″时, 主点标定精度可以达到0.56 pixel, 焦距标定精度可以达到0.06 mm。利用精度为0.5″的二维转台对摄像机参数进行了实际标定, 通过分析像点和标定结果所计算的平行光夹角和实际测量的平行光夹角的误差, 可知本文算法的误差是经典精密测角法的686%, 由此证明该算法对于面阵摄像机参数标定具有更好的结果。

针对基于二维平面靶标的双目标定问题，为提高标定稳定性及标定精度，从单应性矩阵的角度分析了标定姿态的选择对标定结果的影响，提出对标定姿态进行规避的三个性质。三个性质分别指出，避免出现只平移靶标及在靶标平面内旋转靶标的姿态，尽量避免靶标平面与图像成像面平行的姿态。在此基础上，提出了一种五姿态集标定方法。实验结果表明，三个性质应用价值高，有利于保证标定精度；当每个姿态集下拍摄不少于三对图像时，五姿态集标定法能达到较高的标定稳定性与标定精度。

提出了一种新的嵌入式时栅角位移传感器的自标定方法,以提高这类传感器在没有高精度母仪标定以及参数和工作环境发生变化时的测量精度。介绍了嵌入式时栅的特点,提出了利用两个间隔一定角度离散测头之间的误差规律变换来实现自标定的方法。设计了动态自标定系统,采用卡尔曼动态滤波算法来降低动态标定过程中传感器自身稳定性波动和环境干扰的影响。为了寻求最优参数以保证标定精度,提出了残差的控制算法。最后,运用设计的自标定系统对传感器进行了标定实验,并与以往母仪标定方法进行了对比。实验结果表明,传感器的误差从标定前±20″降低到±2.4″,标定参数与实际传感器误差成分相吻合,标定精度与以往母仪标定的精度基本相同,满足时栅传感器的标定要求。

为满足单个或一批次测绘相机的标定，提出了一种利用已知坐标值的星点对测绘相机进行标定的方法。介绍了该方法的原理以及计算步骤，给出了实验过程。该方法建立在小孔成像的基础上，通过各个坐标系的相互转换，建立起星点坐标和像素坐标之间的联系，以此求解相机内方位元素。与基于平行光管和精密转台的精密测角法相比，该方法不需要昂贵的实验设备，且简化了标定步骤。最后，对标定精度进行了分析，讨论了噪声扰动和已知内方位元素误差对标定结果的影响。分析结果表明，采用该标定方法，相机的主点精度优于3 μm(1/3 pixel)，主距精度优于7 μm(小于1 pixel)，满足标定精度要求。