针对头盔瞄准具精度鉴定系统设计要求，需要精确测量头盔瞄准具活动范围、最大视场角以及相对瞄准线的方位、俯仰、滚转偏差等参数。本文利用加装在座舱内的两个摄像机，获取到两个不同视角的头盔运动影像。采用角锥体法、空间后方交会算法以及基于外方位元素分解的姿态解算算法，推导出了头盔姿态解算的数学模型，实现基于单视角影像的头盔运动姿态测量；进一步对两组不同视角的头盔运动姿态数据进行融合处理，最终获得一组头盔运动姿态数据的最优解。

二阶局部导数模式是一种基于一阶局部导数变化的方向性编码方式。相对于局部二值模式，二阶局部导数模式能够提取出图像的更多细节信息。本文提出了一种融合 Gabor特征二阶局部导数模式的人脸识别方法。该方法首先利用 Gabor滤波良好的空间位置与方向选择特性，采用四个频率六个方向的 Gabor滤波器对图像进行滤波。其次，利用数据的类信息和邻接点信息，自适应地计算各频率和方向的权重，作为后续融合依据。然后，提取 Gabor滤波图像四个方向的二阶局部导数特征，采用主成分分析方法对各方向的二阶导数特征进行降维。最后，在识别过程中，结合权重信息融合各方向和频率的识别概率得出最终识别结果。实验结果表明本文算法能够有效地提取图像细节信息，较其他方法如主成分分析方法，线性判别式方法，局部二值模式算法和融合灰度二阶局部导数模式算法具有更好的识别性能。

特征提取是低对比度掌纹识别的关键步骤。针对掌纹纹理特征明显的特点，本文提出了一种分块 Radon变换的掌纹特征提取方法。该方法先对掌纹感兴趣区域进行一级小波分解去噪降维，接着对低频子图像进行分块以圈定局部主要纹理，最后把所有分块后的子图像进行 70°～140° Radon变换，所获得的线积分组合在一起构成该图像的特征向量。运用 UST掌纹图像库，对本文算法进行了测试。从识别率达到 94%的实验结果看，此方法能够满足对采集图像无过多要求的认证系统的使用。

为了精确控制 FSM系统中平面反射镜的偏转角度，研制了专用型光栅测微仪对其进行位置测量，以实现系统的闭环控制。在明确了 FSM系统对测微仪应用需求的基础上，根据其技术原理，对光栅测微仪的小型滑轨、标尺光栅图案、指示光栅图案、绝对零位编码、指示光栅移相以及接触探头分别进行了设计与选择。经精密加工、装配、调试后，所得光栅测微仪的测量范围为 ±2.5 mm，响应频率为 1 000 Hz，全行程测量精度优于 2 μm，测量分辨力优于 0.06 μm，并能提供绝对零点位置。工程应用实践证明：该光栅测微仪具有高精度、高分辨力、高可靠性的特点，满足 FSM系统的使用要求。

为了对汽车前照灯照度进行检测来保证行车的安全，现在相关技术行业主要把全屏幕摄像测试法应用在流水生产线上。针对该检测方法占地面积较大，而且在中心基准点 HV对准方面存在影响测量精度的问题，本文提出了在全屏幕测试法的基础上加以改进的设计方案。该方法根据菲涅尔透镜和球透镜的光学特性来对系统进行优化，采用光学软件 LightTools进行整个系统的仿真来验证系统设计的正确性。实验结果表明，采用球透镜的改进系统在前照灯照度的测量精度方面优于菲涅尔透镜。由于系统占地面积小，而且球透镜的聚光特性也能很好的解决 HV基点的对准问题，所以该系统具有很广泛的市场前景。

基于初级像差理论提出了一种降低系统公差灵敏度的方法，即通过控制光学系统各元件表面的初级像差值以“小像差互补”达到像差平衡。首先阐明“小像差互补”含义，然后通过理论公式指出了初级像差与公差灵敏度的关系，最后举出一个航空相机光学系统的设计实例，通过对其“大像差互补”与“小像差互补”两种设计结果进行公差分析，结果表明利用“小像差互补”理念设计的光学系统使得公差分配宽松，提高了系统的稳定性，极大的降低了成本。

针对车道线检测的实时性和鲁棒性要求，借助车道线参数置信区间和 Kalman滤波器，采用基于 Hough变换的车道线参数全局提取和基于最小二乘拟合的车道线参数局部小窗口提取相协调的方法对车道线进行检测。通过设定车道线感兴趣区域，利用改进快速中值滤波、车道线特征滤波、梯度方向角直方图筛选和车道线连通性分析等图像预处理算法削减图像数据运算量、增强车道线边缘特征。实车实验表明，在 Pentium(R) D 2.00 GHz 的 CPU上处理速度达每秒 25帧，准确率达 97.2%。当道路中存在阴影、车辆和道路标记等干扰因素，以及车道线模糊、对比度较低的情况下，该算法仍能快速准确地提取车道线，具有较强的鲁棒性。

光栅作为小型光谱仪器分光系统的核心，采用不同种类的光栅制作分光仪器时其结构形式也不尽相同。文中为设计一个工作波段在 340~800 nm，分辨率优于 15 nm，谱面长度 28.71 mm的比色仪光学系统，通过对比常见光谱仪结构的优缺点，选择平场凹面光栅作为最终的结构形式，采用长波通滤光片实现对二级光谱重叠的消除，并对比色仪光源系统进行设计，平场凹面光栅光学系统分辨率优于 10 nm，全系统大小约为 190 mm×15 mm×60 mm的光学装置，平场凹面光栅采用市场现有的光栅。不仅满足设计要求，而且元件较少，有利于装调和批量化生产。

在光机系统胶接结构中，为研究胶接剂固化收缩对镜片的影响，对胶接剂采用粘弹性模型进行了仿真计算，通过本构方程得到理论解，并采用当量温差法利用有限元分析软件 ANSYS模拟收缩，分析了固化时间对镜片面形误差的影响。通过和线弹性模型对比，分析了粘弹性模型的优势。通过改变固化时间，分析了不同固化时间对镜片的不同影响。结果表明，仿真结果和理论解高度一致，且采用粘弹性模型可以很好地反映最终收缩应力随固化时间变化的关系，更好地模拟了收缩应力的生成过程；同时发现，对同一种胶接剂，通过改变环境适当延长固化时间，减小了对镜片面形误差的影响，因此可以适当延长固化时间以减小收缩应力。

根据高精度干涉仪镜头的工作状况，给出了平放时镜头的装卡方式。用 Ansys Workbench有限元分析软件对镜头由重力、支撑结构所导致的面形变化进行仿真分析，在对光机结构进行有限元分析的基础上，反复优化镜头机械结构设计，从而使支撑结构引起的系统误差降到最低，以 Zernike多项式为接口工具拟合镜面变形，评估了该支撑结构对镜头光学性能的影响。分析结果表明，在该支撑方式下，干涉仪镜头引入的波像差的均方根值 RMS<1/50λ，满足像质要求。

为改进传统靶场光学测量方法，提出了利用基于遗传算法 (GA)和最小二乘支持向量机 (LSSVM)的摄像机标定技术进行空间坐标测量的方法。首先介绍了摄像机 LSSVM标定技术的思想，然后讨论了其在靶场测量中的应用。通过仿真实验分析，解决了在靶场实际应用中存在的训练样本的选取和样本容量的确定这两个关键问题。最后结合两次试验对摄像机 LSSVM标定技术在靶场测量中的应用进行了验证，结果表明该方法精度较好，与传统的靶场光学测量方法相比具有原理简单、实施容易、测量精度高、数据处理方便等特点，有很高的推广应用价值。

为了提高相机标定自动化水平，针对各种样式靶标，提出了一种角点匹配世界坐标的通用算法。分析了影响角点匹配世界坐标的主要因素：镜头畸变和投影变换导致的几何形变。算法利用“区间方差和”搜索极坐标系下最佳投影角，自动选择区间划分方式进行“二次分类”。仿真分析并验证了该算法有效抵抗几何形变和镜头畸变的能力。通过实验验证算法可稳定准确地实现靶标角点匹配世界坐标。在项目解决方案中作为独立算法模块，有效提高标定自动化水平。

为了准确测量弹丸的立靶精度，本文采用了双线阵 CCD交汇测量的方法。文中介绍了该方法的工作原理，推导出目标在光电靶上的坐标计算公式，同时分析和研究了各个测量模块的元器件和布站方式 ,从而构建了整个测量系统。最后在靶场进行了实弹试验，得出弹丸的立靶精度为 0.041 7 m(方向公算误差 )和 0.031 9 m(高低公算误差)，该测量值与标定值比较相差在毫米级，说明系统的测量精度十分理想。故该系统的研制是成功的，能够准确测量弹丸的立靶精度。

本文报道一种双源光外差测速技术，不同源的两束激光分别用于探测和本振参考，借助多普勒效应测量运动表面的速度。根据探测光和参考光之间的频率高低关系，双源光外差测速技术分为下变频和上变频两种工作模式。下变频模式可以将高速信号频率降低，使一般带宽示波器能够满足 10 km/s以上超高速度的测量要求，彻底解决超高速测量对超高带宽的示波器和光电转换器依赖的问题；上变频模式可以将低速信号进行频率上变换，提高时间分辨率和测量精度，使短历程低速的测量同时具有较高的时间分辨率和测量精度，一般高带宽示波器可以做到优于 1 ns的时间分辨。

海水本身运动的复杂性以及海水与其它环境因素所产生的干扰物理场，往往使得海上小目标的探测尤为困难。因此，以可见光图像序列中海面小目标检测为研究对象，提出了核函数 -马尔科夫随机场 (Markov Random Fields，MRF)前景分割模型。该模型利用所提出的邻域相关核函数背景模型对图像序列的求解结果作为 MRF的观测值，建立了用于海上小目标检测的 MRF模型，进一步增强了空间相关信息，克服了多高斯模型的缺点，具有较强的海面小目标检测能力，对海浪噪声抑制效果明显。

研究了双机被动定位系统的最优传感器配置问题。在目标到我机的距离给定及最小圆概率误差准则下，得出了一些有意义的结论。研究表明，最优传感器配置与双机距离以及双机和目标形成的交汇角有关系，最优双机配置应满足双机距离 D为我机与目标距离 D1的 1~1.2倍之间，构成交汇角 β在90°-θ1/2<β<90°之间。得出的结论在双机被动传感器的优化配置进而提高目标定位精度方面，具有一定的理论和实际意义。

针对光电目标跟踪问题中纯角度跟踪的特点，提出了纯角度目标的机动自适应跟踪算法。该算法采用机动目标“当前”统计模型描述目标的运动特性，根据强跟踪滤波器的思想通过实时检测滤波器的残差信息确定目标的机动变化情况，进而调整“当前”统计模型中表征目标机动特性的参数 (机动频率和随机加速度分布的极值 )，使得运动模型更加符合目标的机动实际，具有对目标机动自适应调整的能力。仿真试验表明，该算法在目标机动性较强时具有较强的跟踪能力，在目标机动性较弱时具有较高的跟踪精度，实现了对跟踪精度和跟踪能力的有效兼顾。

室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种基于多向定位原理的新型网络式测量系统，为分析系统单站的测角不确定度，建立了角度测量模型，分析了影响系统测角精度的误差源并给出误差的评估方法，利用蒙特卡罗统计法进行了仿真，获得了测角误差的分布。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段，多齿分度台为角度参考基准的发射站水平角不确定度分析平台，实验结果表明该平台的有效性并获取测量空间内发射站的水平角不确定度为 2.2″。

针对传统基于 SVM分类器的多核学习方法优化参数多、优化过程复杂、计算量大的缺点，本文提出基于 Real Adaboost的多核学习方法解决通用目标分类与识别问题。该方法根据核函数能将高维特征映射到低维空间的特性，采用核函数空间上的线性平面分割构建弱分类器，并用 Real Adaboost学习框架对弱分类器进行学习。先用分层特征算子 PHOG和 PHOW分别提取图像不同尺度的形状和表观信息，并用核函数计算特征距离，然后在核空间上构建线性弱学习器池，最后用 Real Adaboost算法学习得到强分类器。实验结果表明，该方法有效提高了图像分类的准确率。

载体平台摇摆对两轴光电跟踪仪光轴指向的扰动是制约光电跟踪仪跟踪稳定性和跟踪精度提高的关键因素。本文首先从控制原理出发比较了传统速率稳定方式与捷联稳定方式，然后针对两轴光电跟踪仪捷联稳定方式建立了扰动作用于光轴指向分量的数学模型，最后对某型光电跟踪仪采用了捷联稳定技术，并设计了相应的伺服系统，试验表明此系统设计合理，满足使用。

针对动背景下运动目标的检测问题，文中提出了改进的三步搜索算法有效地提高灰度投影法检测序列帧间运动矢量搜索速度，同时保持了运动矢量的搜索精度。首先通过帧间运动矢量补偿将连续三帧图像的相同背景稳定在同一幅图像的相同位置上，其次对连续的三帧图像进行边缘信息提取，并对三帧连续的边缘图像进行差分法运算，最后结合数学形态学的闭运算和填充运算分割出运动目标。实验结果表明，该方法能够对运动目标准确检测，且具有很好的鲁棒性。

对相机综合管理单元进行大量的测试是航天光学相机研制过程中的重要环节，传统的测试系统功能单一且无法模拟航天相机在轨飞行整个工作流程。本文以实际型号测试角度出发，提出了以 DSP硬件和遥测遥控 VC软件为基础构建新型航天光学相机模拟在轨飞行测试平台的设计方法，说明了该平台硬件组成和工作原理的同时，给出了关键软件参考代码。结合某型号航天相机的具体测试，表明该平台可模拟相机综合管理单元在轨飞行任意时刻的数据流并记录测试过程遥测参数，能够验证相机综合管理单元的功能和性能，达到了航天相机地面测试的目的，具有广泛实际工程应用价值。

在光电跟踪测量设备上实现了基于 CAN总线的多探测器成像控制系统。该系统利用 DSP芯片实现现场控制节点硬件和控制程序开发，按照模块化设计以灵活地满足成像控制系统的电机控制、传感器控制、温度测控等工程上需求；设计了实时通讯协议来满足系统控制网络数据传输的要求；编制了可在远程上位机上运行的主控程序以对成像控制系统进行监控。此应用设计创新性地将工业标准总线与光电测量设备电控系统相结合，其测试结果和外场使用情况说明，此系统性能稳定可靠，通用性好，已经在作者所参与的光电成像跟踪测量设备研制工作中得到推广使用。

针对小波变换不能充分描述人脸曲线特征的缺点，本文提出一种基于曲波域与核主成分分析 (KPCA)的人脸识别算法。采用多尺度、多方向的曲波 (Curvelet)变换提取图像特征，不仅具有更高的逼近精度和更好的稀疏表达能力，而且其变换系数能有效表示沿曲线的奇异性。进一步使用核主成分分析 (KPCA)将曲波特征系数投影到更具表达力的核空间中，通过最近邻分类器进行分类。并在 JAFFE人脸库中、 ORL人脸库以及 FERET人脸库中做了多组实验，实验结果表明该方法在图像降维和识别率方面都达到了较好的效果。