残余灰度场是变形前后数字体图像中对应体素点的灰度之差。在基于有限单元的全局数字体图像相关（DVC）方法中，残余灰度场作为计算区域各体素点匹配质量的目标函数，可直接计算获得，并可用于材料内部损伤演化或裂纹扩展的精细表征。然而，当前广泛使用的基于图像子体块的局部DVC只能获得计算区域内各离散计算点的位移、应变和相关系数信息，无法直接计算区域内各体素点的残余灰度。相较于相关系数和变形信息，残余灰度场可实现逐体素的匹配质量评价，在内部损伤或裂纹扩展的可视化观测和准确定位方面具有显著优势。为能在局部DVC中获得残余灰度场信息，提出一种简单有效的残余灰度场计算方法。该方法基于三维Delaunay四面体剖分算法，并利用有限元框架对局部DVC离散计算结果进行稠密插值，以获取逐体素连续位移场，并将其用于变形体图像校正。模拟和真实实验结果表明，基于局部DVC测量结果后处理计算获得的残余灰度场不仅可以实现精准的损伤定位，还能观测到裂纹形貌以及界面脱黏行为。所提方法弥补了当前局部DVC在精细化匹配质量评价方面的不足，有望拓展该方法在材料和结构内部损伤观测和定位中的应用。

探索利用可见激光无损提取粗糙纸张上尿渍足迹的可行性，定量比较足迹显现效果。利用3种可见激光，配合使用11种可见波段滤光镜，对4类20种常见类型纸张上的尿渍足迹样本进行可见激光荧光照相，观察足迹显现效果；创建Matlab程序，引入灰度荧光亮度标准差指标比较足迹显出程度。发现20个尿渍足迹样本显现效果最好时的波段组合几乎各不相同，但可利用445 nm蓝色激光作为激发光，配合使用570 nm接收滤光镜，对所有样本的尿渍足迹进行整体最大程度的显现，样本尿渍足迹发现率100%；除黑色打印纸、复杂彩色背景报纸上的尿渍足迹样本外，样本尿渍足迹有效显出率90%。表明可见激光荧光照相能够用来显现粗糙纸张上的尿渍足迹，灰度荧光亮度标准差可以用来衡量尿渍足迹显出程度。

针对雾气环境下实际图像亮度/对比度不佳的情况，提出了整体灰度拉伸和局部对比度增强算法，改善了图像的亮度和对比度。采用基于暗原色先验的图像去雾算法来去除视频监控中常常遇到的雾霾影响。为了消除块效应，将图像分成最小的块，即对每个像素提取暗原色，并采用邻近相似性原则修正暗原色，MATLAB仿真表明，改进后的算法可以很好地去除图像中的雾气。最后，完成了基于达芬奇 DM6467的图像增强算法软件开发，实现了 4路视频的输出、切换和图像增强。增强后的图像，其 SSIM指标可提高 50%以上，该系统可以有效地去除雾气对图像的影响，满足图像去雾增强的需要。

衰老是引起主动脉硬化进而引发各种心血管疾病的主要独立风险因素。对主动脉增龄性改变进行定量评估有望为心血管疾病研究提供重要线索。采用二次谐波成像技术，结合三维灰度共生矩阵纹理分析算法，对不同周龄大鼠主动脉血管壁内外表面的胶原纤维进行了定量评估；提取出多种可量化表征主动脉增龄性改变的特征参数，从胶原纤维微结构角度揭示了主动脉增龄性变化规律。上述方法及提取出的特征参数有望为评估血管老化程度提供有力工具和重要参考指标，并进一步应用于与老化相关的心血管疾病的研究。

针对大型桥梁车辆移动荷载监测场合中车辆的重心估计能力不足和车辆再识别困难等问题，提出一种基于点云灰度图的彩色图像与点云快速融合方法，以提高对车辆的空间定位能力和对目标的辨识能力。首先利用立体标定靶对不同视角相机和点云采集装置的位姿进行标定，获取它们彼此间的相对位置和姿态；然后利用标定的结果对不同视角采集到的点云进行拼接，得到完整的车辆点云；再将完整点云转换至彩色相机坐标系并投影，提取点云灰度图，实现彩色图像与点云灰度图的配准，将其姿态调整至与车辆实体在彩色相机坐标系内的位置和姿态一致。进一步建立彩色像素点与三维点云间的映射关系，并将颜色信息与点云相关联，从而实现彩色图像与点云的融合。利用融合后的彩色点云和相机成像模型，可以得到车辆在彩色相机坐标系中的虚拟图像，为车辆的再识别提供依据。结果显示，相比于采样一致性算法，所提配准算法缩短了约74.1%的耗时。实验表明，所提算法实现数据融合后生成的彩色点云具有较高的还原度，证明了所提算法的可行性，为解决类似的问题提供了新的思路和方法。

针对载体姿态变化引起的相机旋转运动，提出一种基于相关滤波的高速图像旋转运动估计算法（GPCF）。在灰度投影法的基础上，该算法采用相关滤波代替互相关运算进行角度估计。通过构建循环移位矩阵，扩充负样本数量，有效提高旋转运动估计的精度和鲁棒性。构建噪信比公式，以定量分析噪声对旋转运动估计算法的影响程度。理论分析和实验结果均表明，GPCF能够实时估计图像序列旋转角度，且精度和稳定性相比灰度投影法具有较大提升。