针对菠萝削皮流水线生产加工过程中菠萝表面有内刺残留，需要人工二次去除内刺的问题，采用图像处理的方法对菠萝内刺进行特征提取与空间定位，从而确定菠萝内刺的精确位置，以实现菠萝内刺的自动化去除。设计了菠萝图像采集系统以及针对当前系统的菠萝内刺检测算法。对菠萝图像进行预处理，将内刺特征从背景中分离出来剔除干扰特征，并将内刺的轮廓作为提取特征。轮廓的面积和轮廓的圆度作为描述子，菠萝内刺轮廓最小外接矩形的中心坐标作为菠萝内刺在图像中的位置，利用菠萝外轮廓将内刺的二维坐标转换成三维坐标从而精确定位菠萝内刺。对比实验表明：菠萝内刺检测算法准确率明显高于传统的斑点检测算法，内刺中心位置拟合精度较高，检测最大误差为0.63 mm，平均检测误差为0.33 mm。研究表明，平均检测速度和精度都能满足菠萝内刺去除工序的需要，这为菠萝流水线加工过程中的内刺去除提供一定的技术基础。

视觉测量具有结构简单、成本低、非接触式测量的优点, 利用视觉位姿测量结果对空间展开机构进行定位具有良好的应用前景。实际应用中需要将视觉测量数据转换到物空间坐标系从而对定位系统的控制量提供指导。针对相机外参数标定操作繁琐、需要额外设备、不利于在轨实现等缺点, 提出了一种利用运动样本空间构建坐标系转换关系的数据处理方法, 根据取样空间内构建的补偿方程, 可以将各自由度的视觉测量数据转换到控制器坐标系上, 同时能够校正由于安装、配准等导致的系统误差, 从而实现高精度的空间目标定位。实验结果表明, 在1.7m的测量距离下, 所搭建单相机测量系统的位置与转角测量精度可达0.02mm和0.003°, 验证了所研究方法的有效性和实用性。

根据空间精密定位技术需求,提出一种空间四象限概念,用于空间载体主动定位引导与高速通信。在固定的时间间隔内,通过光束扫描方式在空间依次形成4个光斑,接收探测器依次接收4个光斑的部分能量,按质心计算原理解算接收端相对于发射中心的位置及角度偏移。应用蒙特卡罗方法对空间四象限定位系统进行建模与仿真,并搭建实验系统对仿真结果进行验证与分析。结果表明,空间四象限定位方法可行,可为空间定位、导航等具体应用提供技术支持。

多相机系统的自主定位技术是通过多个相机对空间中的特征点进行观测而恢复出系统自身的空间位姿,借助多相机的大视场克服复杂现场环境影响,提高测量精度。针对多相机系统结构复杂、位姿恢复难度大、耗时长的问题,提出一种使用基于图优化模型的自主定位方法。在求解高效透视n点定位问题得到近似估计位姿的基础上,借助图优化框架对多相机系统与空间控制点的观测问题进行建模,进而将位姿恢复问题等价为最小化重投影误差非线性优化问题。借助近景摄影三坐标测量系统(VSTARS)搭建的控制场和直线导轨搭建的多相机系统,测量和模拟实验结果表明,该方法具有较高的测量精度和较快的运行速度。

在筒子纱染色的工业生产中，获取机械臂及纱杆锁扣的相对位置实现机械臂的精确定位和抓取目标是染色过程的关键技术。设计了基于单目视觉的机械臂目标定位及光学测量系统，通过单目光学成像的方式实时获取锁扣目标的图像，结合图像分析算法解算出目标空间位置以及目标与机械臂的相对位置。利用OPC通讯技术，将目标的空间位置信息传输给机械臂控制模块并控制机械臂的运动实现目标的抓取。通过现场实验，机械臂定位系统的定位误差在2mm范围内。

针对传统可见光、红外小视场视觉定位系统易受光照条件影响、环境适应性差、视觉信息不足等缺陷, 提出了一种基于超大视场红外双目视觉的非线性极线约束与目标定位方法.利用全景相机畸变模型对超大视场红外相机成像过程的几何关系进行分析, 建立了一般结构的超大视场红外双目视觉系统成像模型, 完成了同名像点非线性极线约束方程的数理推导; 以此模型为基础, 研究了一种适用于超大视场红外双目视觉系统的目标三维空间定位解算方法.实验结果表明：不同环境照度场景中距离为1.75~8.05 m的8个目标点在极线方程约束下, 同名像点的匹配搜索由二维降为一维, 将匹配同名像点坐标带入三维空间定位解算方程, 距离误差在0.9%～7.0%之间, 较高的定位精度验证了所提方法的正确性, 以及超大视场红外双目视觉系统的空间定位能力与优势.

为了解决当前定位方法无法兼顾高精度、高集成度、多任务性、实时性测量的问题,提出了一种基于激光测距原理的室内空间定位系统。该方法通过单台测量基站向被测空间内发射旋转扫描红外激光信号以及超声脉冲信号，采用旋转扫描红外激光形成多平面约束，采用高精度超声测距形成距离约束。然后，将多平面约束与距离约束相耦合，得到测量靶标的非线性约束方程组。最后，利用非线性最优化算法解算得到测量靶标的精确空间坐标。该方法仅采用单台测量基站即可完成全周向、多任务实时性的空间测量与定位。采用激光跟踪仪系统作为比对基准验证了本方法的测量精度及可靠性。结果显示，在5 m的被测空间内，其定位测量误差在0.3 mm以内，可满足大多数工业测量应用场合需求。与传统的室内定位方法相比，本方法极大地提高了测量系统的集成度以及测量效率，为全站式空间定位方法提供了新的思路。

Target and beam alignment unit is one of the core parts of high power laser drivers and plays a crucial role in the adjustment of target position and pose, the laser pointing and so on. Combined the alignment accuracy requirements of the laser driver with the physics experiment implement, basic functions of the target and beam alignment unit can be acquired to meet the requirements of physics experiments using the design and adjustment of the optical-mechanical-electronic systems. However, with the increasing number of the main lasers, slewing of multi-beams and positioning with high accuracy have become the goal of developing target and beam alignment unit. Present studies on the target and beam alignment unit of both domestic and international high power laser drivers are reviewed, a universal method for the alignment unit design is investigated and main issues in the development of the target and beam alignment unit are also analyzed.

靶定位瞄准单元是高功率激光驱动器的核心单元之一，承担靶位姿调整和激光瞄准等功能。结合装置定位瞄准精度要求以及物理方案的实施，通过光机电设计和调试可以实现靶定位瞄准单元的基本功能，满足高功率激光驱动器开展物理实验的要求。然而随着主激光路数的不断增多，多束激光的快速瞄准和高精度定位已成为发展靶定位瞄准单元的目标。综述了国内外高功率激光驱动器靶定位瞄准单元的研究现状，探讨了靶定位瞄准设计的普适性方法，并分析了靶定位瞄准单元发展过程中面临的主要问题。

通过介绍真三维显示技术与无标记空间定位原理, 提出了真三维两点触控实现方法, 搭建了真三维两点触控定位与识别系统。针对真三维空间定位绘制、空间两点跟踪和手势识别问题, 研究了真三维两点触控交互方法。实验证明, 在不需要佩戴任何标记和传感器的条件下, 基于光学的空间两点触控方法与系统能够满足真三维显示的人机交互要求, 且环境光的变化不干扰人机交互的操作。