在非球面零位干涉检测中，待测面检测误差分布与实际误差分布间存在干涉投影畸变。针对目前投影畸变校正方法计算复杂、通用性差等问题，提出一种基于卷积神经网络（CNN）的投影畸变校正方法。该方法首先在待测面上加入井字形柔性遮挡物，并根据投影畸变系数范围合成干涉图像作为CNN的数据集；然后选择合适的网络结构基于该数据集来训练网络；最后将实际干涉图像输入该网络以预测畸变系数，从而实现投影畸变的标定与校正。实验结果表明，该方法的理论校正误差小于1 pixel，实际误差校正精度优于传统标记点法，证明了该方法高效可行。

设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统, 用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态, 为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理, 将腹部运动转换为激光点移动, 从相机记录下的图像中提取激光点位置, 根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明, 所提方法能准确、实时地获取位置信息, 具有结构简单、精度高等优点, 能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。

鉴于三维点云缺少颜色信息和光学图像缺少空间信息，提出一种基于激光雷达与相机自动标定的融合方法，融合后的数据兼有点云的空间信息和光学图像的颜色纹理信息。首先利用平面标定板对激光雷达和光学相机进行分步式自动标定，其次通过共线方程建立坐标关系，将光学图像的颜色纹理信息赋予点云进行融合并进行可视化。实验结果表明：所提方法在提高自动化程度的同时也在一定程度上提高了融合精度；与基于人工匹配的标定融合方法相比，所提方法的精度提升了51.7%；与基于梯形棋盘格标定板的标定融合方法相比，所提方法的精度提升了36.4%。从多角度观测可视化结果，所提方法都能从颜色和空间效果方面更好地还原真实场景。

光学三维形貌测量技术具有无损、快速、高精度等优势，被广泛应用于不同领域。工业生产及现实生活中的镜面/漫反射复合表面三维形貌的快速、高精度测量一直是未解决的难题。提出一种基于条纹投影和双屏透射显示的镜面/漫反射复合表面测量方法，并对系统的非线性响应进行了补偿。首先，普通屏和透明屏分别显示绿色条纹，被镜面部分反射，投影仪投射蓝色正弦条纹图到漫反射部分；其次，相机采集不同颜色的变形条纹图；然后，三维标定获取系统参数，通过相位与深度的关系恢复物体的三维形貌；最后，校正系统的非线性响应误差并进行补偿，提高三维测量精度。实验结果表明：该方法能够实现非连续复合表面物体三维形貌的高精度测量。

精密零部件的高精度三维成像是工业制造和检测的关键任务。针对现有的线激光测量系统效率慢、精度低等问题，提出了利用远心成像的线激光三维测量系统，研究了该系统的标定方法。首先，分别采集不同位置的靶标图像和激光线照射下相同位置的靶标图像，通过远心正交成像标定相机内参矩阵系数和外参位姿关系；然后，建立线激光投影平面与标定目标平面之间的几何关系，求解不同目标平面下的激光线方向矢量，进而通过最小二乘法获得光平面方程；最后，在极大似然准则下，利用Levenberg-Marquard非线性优化算法精确地计算标定参数最优解，搭建了测试系统，开发了专用标定程序。实验结果表明：在60 mm×48 mm的视场下，所设计的系统和方法可以实现优于18 μm的测量误差，能够快速准确地重建出三维形貌。

线结构光振镜扫描测量系统通过单个反射镜片摆动实现被测对象三维面形的测量,具有环境适应性强、测量速度快和结构紧凑等优点。为降低系统装调难度、提升标定方法的通用性,提出了直接建立反射激光平面方程系数与振镜摆角关系的标定思路。考虑系统各元件间的相对位姿关系,推导并得到了激光平面各系数与振镜摆角的一般表达式。根据特定摆角处得到的激光平面方程系数,采用最小二乘方法得到该表达式中的待定系数。实验结果表明,采用所提方法标定的测量系统对阶梯块高度测量的最大相对偏差为-0.3029%,成功实现了复杂曲面的多尺度特征获取。

相位偏折术中, 系统标定精度对面形测量精度具有决定性的影响。采用带标记点标靶进行标定时, 由于其表面不是理想平面而引入误差, 导致虚像姿态求解不精确, 进而影响标定精度。通过使用高精度的标准平面镜作为反射镜, 从初始系统参数开始, 采用交替方向优化的方法实现系统几何参数的标定, 提高了标定精度, 同时避免了变量过多导致的矩阵病态问题。使用该方法对双目相位测量偏折系统进行标定后, 对100 mm口径的标准平面镜进行了对比测量。由测量面形可知, 该方法可显著降低测量均方根误差和低频面形误差。相比于传统带标记点标靶的方法, 有效提高了标定的精度和稳定性。