为了测量光学成像系统的径向畸变, 采用载频条纹模板, 应用瞬时频率积分法提取因径向畸变而产生的径向调制相位; 推导了条纹径向调制相位与瞬时频率的关系式, 并导出径向调制相位和径向畸变位移关系; 采用小波频率估计提取畸变条纹径向瞬时频率, 并对其进行积分获得畸变条纹的径向调制相位; 应用径向调制相位和立方卷积插值算法对畸变图像进行了校正,得出了详细的理论分析和实验结果。结果表明, 上述方法是可行的。

建立了一种嵌入式波前处理与控制系统的架构模型, 实现对波前畸变的实时测量、重构与校正, 并给出了重构与控制算法的理论分析。针对系统设计, 引入全数字化设计思想, 利用数字电路在底层硬件中完成海量数据计算处理与控制参数生成, 讨论了高速波前处理模块与驱动控制模块设计。系统利用嵌入式自适应控制手段, 可完全工作于无人值守模式, 实现对激光系统光束质量的实时闭环控制。

光栅平视显示器的畸变严重影响对目标的观察、定位、测量与分析, 其定量测量是装配调试过程中亟待解决的问题。结合光栅平视显示器工作原理及其畸变产生原因,利用光电测量技术对光栅平视显示器的畸变测量进行了深入研究。针对不同原因引起的光栅平视显示器畸变建立畸变测量系统,并对其探测器进行标定;利用标定后的CCD探测器实现对光栅平视显示器的畸变测量,并对其畸变测量不确定度进行了分析。实验表明,该畸变测量系统测量光栅平视显示器相对畸变的测量不确定度为0.5%。

为了测量光学成像像面各个像素的径向畸变大小，提出将小波变换载频条纹相位分析应用于径向畸变测量。采用正弦载波条纹作为测量模板，把径向畸变转化为径向调制相位。应用条纹相位分析导出径向调制相位和径向畸变的转化关系。采用小波频率估计和相位估计提取变形条纹的相位，由于变形条纹中心点是零畸变，中心点的瞬时频率和相位可以计算参考条纹的基频相位。两种基频相位之差就是与所有像素径向位置畸变分布对应的三维调制相位称为径向畸变分布。利用校正公式和立方卷积插值算法对彩色畸变图像进行校正，给出详细的理论分析和实验结果。

为了研究采用星点法的小视场镜头畸变测量，选择星点像中心判读和星点选择两方面作为切入点。针对星点像中心判读，在对比了传统的质心算法的基础上，采用将最大类间方差算法与重心计算相结合的方法以提高星点定位的准确性。针对星点选择，为保证星点定位的稳定性以及畸变计算的精准度，用实验方法分析了星点大小的不同对于畸变测量中星点像定位稳定性的影响，选择整个视场内同一水平线下不同位置的y坐标值均方差为1/71像元的星点进行实验，通过实验测得了实际镜头的绝对畸变和相对畸变。结果表明，该方法测得的镜头畸变精度高，可达到航天级应用要求。

为了对图像畸变进行测量和校正，利用纵向朗奇(Ronchi)载频条纹作为测量模板，通过成像系统获取畸变光栅条纹.运用傅里叶变换对畸变条纹图像进行频谱分析、滤波提取基频信息，直接从畸变图像的中心无畸变区域提取理想条纹像信息.通过相位分析提取包裹相位并解包，获得畸变光栅条纹的径向畸变相位分布规律.将该分布规律转化为径向位置畸变分布规律，并结合双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.实验结果证明该方法是有效的.

为了研究反射式256 pixel×256 pixel纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)的性能,并最大程度地发挥其波前校正能力,建立了泰曼格林(Twyman-Green)干涉仪与移相点衍射干涉仪分别对SLM的相移特性以及静态畸变进行测量,同时使用该空间光调制器对其自身的波前畸变进行补偿。实验结果表明,当应用一个正确的相位灰度值映射并且增加静态畸变补偿后,这个空间光调制器的波前像差的峰谷(PV)值由0.39λ减小到0.23λ,均方根(RMS)值由0.08λ减小到0.03λ(λ=632.8 nm),远场点扩展函数的斯特雷尔比由0.82提高到0.98。因此经畸变补偿后的液晶空间光调制器能够被更好地应用在动态衍射光学元件、波前产生和高分辨、高精度的波前校正中。

利用由精密测角仪、显微摄像测量系统、微型双光栅平面干涉仪、平行光管以及星点组成畸变测量系统，对小视场长焦距的镜头进行畸变测量。在计算镜头畸变中，利用中心视场区域内畸变设计无穷小，采用三次多项式拟和的方法，计算镜头理论焦距；在边视场采用像高高次方和视场角正弦高次方加权平均的方法对测量偏差角进行修正，得到各视场的相对和绝对畸变。通过实际测量和计算验证，镜头全视场畸变测量精度可达到0．02%。

准确地测量含有广角耦合物镜的图像显示系统的几何畸变是实现图像显示系统几何畸变数字校正的前提和关键。提出了一种以非量测广角数码相机为测量设备的几何畸变的测量方法，首先给出了广角数码相机镜头畸变的标定方法，确定了数码相机镜头畸变系数，然后讨论了基于广角数码相机和Photoshop软件进行图像显示系统几何畸变测量的测量方法，分析了影响测量精度的因素。最后，将本文的测量结果与基于点物成像原理，采用单轴转台和普通数码相机进行测量的测量结果进行了对比，二者吻合得较好。从测量结果看，本文给出的测量方法，其测量精度可以满足工程要求，简单、易行。