细胞内液‐液相分离现象与细胞内的多种生物过程有关，分析研究相分离的现象及机理可为调控细胞生理过程和药物研发提供参考和策略。相位成像技术因在无色透明物体的非接触、免标记定量化观测方面具有巨大优势而被用于液‐液相分离的研究中；但是，在该技术中，样本厚度与其折射率耦合一起，形态分布需经相应算法反演获得，其分析效率较大程度上取决于数据采集量、计算处理时间和精度等。为满足生命科学研究领域对实时获取相分离凝聚物形态信息的需求，本文提出了一种仅需两幅相位图的三维形态快速反演方法，相应设计了一种由单个图像传感器实现双路光信息采集的干涉相位成像系统。提出的形态重构算法对数据采集要求宽泛，通过布置控制点，运用数学变换解算其沿两个非正交方向投影的平面像素坐标与其三维空间坐标的映射关系，由此计算反演得到像素点对应的三维坐标从而实现凝聚物形态的分离重建。

随着大型装备制造技术的不断发展,测量尺度的增加与精度需求的提升给现有大尺寸精密测量技术带来了严峻挑战。光频扫描干涉测距在精度、效率、现场适应性、溯源等方面具有良好的综合性能,尤其适合当前工业测量场景下的大尺寸绝对距离测量任务。本文介绍了光频扫描干涉测距的基本原理,总结了关键技术和仪器的研究进展,从提升测量精度与效率的角度出发,探讨了其应用于工业测量领域仍存在的问题、研究方向和发展前景。

为建立目标表面的真实彩色三维点云数据模型, 以编码标志点作为定位介质, 利用目标的无色点云和彩色图像, 提出一种三维点云颜色复原方法。在目标附近放置多组编码标志点, 用基于激光线的三维扫描设备获取目标无色的三维点云和编码标志点信息; 用彩色相机从多视角采集目标及编码标志点的彩色图像, 通过Canny边缘检测及亚像素定位算法得到编码标志点的图像坐标; 再利用改进的直接线性变换法由编码标志点的世界坐标值及像素坐标值求解出相机相对世界坐标系的位姿矩阵, 通过相机成像模型建立点云与彩色图像像元的映射关系; 最后, 利用插值法计算局部点云的颜色并完成整个点云颜色的融合。采用该方法对多个模型进行了颜色复原实验, 彩色三维点云的颜色空间位置偏差小于0.6 mm, 重建效率为7.3×104 point/s, 彩色三维点云与目标相似度高。该方法可以实现目标彩色三维点云重建, 计算精度和效率均能够满足使用需求。

体三维显示技术是一种在空间中显示立体图像的技术。简要介绍了这种技术, 并针对其中的空间坐标转换方法问题进行了研讨。通过对实际问题进行近似与归纳, 得出了相应的几何光学问题; 然后对其进行了详细求解, 并设计了实验测量的相关参数; 最后, 根据该求解设计了相关算法并开展了实验。结果表明, 该算法的正确性和有效性均得到了验证。

为减轻双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖, 实现摄像机参数的精确标定, 并对空间坐标进行高精度重建, 提出一种GPS双目摄像机标定及空间坐标重建方法, 采用GPS代替2D或3D靶标进行双目摄像机标定。将GPS的位置在视场中任意移动, 由被标摄像机拍摄多组含有GPS的图像, 利用空间三维坐标与图像二维坐标间的映射关系, 结合摄像机成像模型和双目摄像机标定原理, 标定出双目摄像机参数, 并对空间坐标进行精确重建。通过空间重建坐标与GPS实际测量值之间的相对距离误差, 对重建精度进行检验。实验证明, 该方法能够克服双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖, 空间重建坐标具有较高的精度, 相对距离误差从1.56%减小到0.52%。

为了实现对非正交轴系激光经纬仪测量系统的快速、准确定向, 采用构建新型光电基准尺的方法, 提出并研究了一种基于高精度光电位置敏感器件的可变长度光电基准尺构建技术。阐述了非正交轴系激光经纬仪的特点, 根据其特点及非正交轴系激光经纬仪测量系统定向的需要, 确定了可变长度光电基准尺构建的总体思路, 完成了硬件电路设计, 构建了可变长度光电基准尺, 并标定了两光电位置敏感探测器的空间位姿关系, 以实现可变长度基准测量。结果表明, 利用该可变长度光电基准尺定向后的测量系统, 其相对测量精度优于0.03%, 可方便、高精度地实现非正交轴系激光经纬仪测量系统的定向。

工业机器人末端执行器位置参数（TCP）是机器人离线编程及机器人末端工具误差校正的基础，研究快速、准确的TCP校准方法对保证工业现场环境下机器人系统顺利正常工作至关重要。以双目视觉测量为基础，结合空间坐标变换理论与机器人运动学，提出了一种应用于工业制造现场的机器人TCP参数快速自动校准方法。此方法具有非接触测量、校准速度快、精度高等优点，减少了传统接触式TCP校准过程中误差因素，并且克服了其标定速度慢，标定精度不足等缺点。结合ABB工业机器人对该方法进行验证实验，实验结果表明：对于直径为10 mm的末端工具，提出方法校准精度相对于传统接触式标定有很大的提高，可以满足工业现场高精度的、快速的TCP校准要求。

针对长跨度大尺度零部件空间坐标的精确测量过程中，常因空间阻隔、遮挡、被测点凹陷等因素导致隐藏特征区难以甚至无法直接进行光学测量的问题；将具有定心精度高、无离焦、无畸变和抗背景干扰能力强等特性的无衍射光，引入到探针法姿态测量系统中，提出了一种能与全站仪构成组合测量系统的无衍射光测量探针；建立了空间坐标测量系统的模型，研制了测量样机，分析了空间位置测量的不确定度，并进行了相关的对比测量实验；结果表明，基于无衍射光姿态测量探针具有1 mrad 的空间姿态测量精度，与全站仪构成组合测量系统在大尺度空间坐标的测量中具有毫米级的测量精度和良好的柔性。

为了解决大型装备中隐藏区域的空间坐标测量问题, 提出一种基于光学标靶与测距仪的激光测头, 该测头与全站仪或激光跟踪仪构成非接触测量系统。测量时, 激光测距仪发出的激光对准被测点测得其距离, 用全站仪或激光跟踪仪瞄准光学标靶, 实时获取激光测头的空间坐标, 同时激光测头测得其自身的空间姿态角, 然后通过坐标变换得到被测点的空间坐标；并进行了实验验证。结果表明, 该测量系统可以使得组合测量的量程扩大并保持较高的空间坐标测量精度。

为了解决全站仪、激光跟踪仪等设备进行空间坐标测量时设备昂贵、存在测量盲点等问题, 提出一种基于电子经纬仪和激光测距仪的空间坐标测量方式。用激光测距仪测得激光束所在直线上的几个点到激光测距仪的距离, 同时用经纬仪观察这些点, 得到各个点对应的水平角和天顶角; 数据处理时, 首先通过最小二乘法得到经纬仪原点和各个目标点所构成的多根射线所决定的公共平面, 然后将这些射线投影到这个公共平面内, 得到对应的投影射线; 通过这些共面的投影射线和已知的各个目标点之间的距离用最小二乘法得到这些目标点的坐标解, 然后拟合得到一条直线, 即激光测距仪的光束所在的空间直线解。工作时, 通过测距仪测得待测点到测距仪之间的距离, 由这根空间直线的表达式方程, 即可得到待测点在经纬仪坐标系中的坐标。结果表明,该测量方式可以在一定条件下实现全站仪、激光跟踪仪难以实现的多点动态非接触空间坐标测量。