光电成像挠度系统在桥梁结构状态健康监测系统工程实践中由于受到雾、强光等天气因素干扰会影响识别精度。针对该问题，本文在分析了光电成像挠度测量系统组成和成像识别原理基础上，深入研究了各种不利的天气因素干扰对挠度测量系统成像识别精度的影响，并在图像增强基础上提出一种投影差分算法来提高在不利天气条件下光电成像识别精度，该算法通过对比实验 (雾天: 该方法的均方差为 1.632 231，传统方法均方误差为 16.534 08; 强光: 该方法的均方差为 2.182 247，传统方法均方误差为 23.018 13)验证了该方法在不利天气条件下相比传统方法将识别精度从厘米级提高到毫米级，大大增强了光电成像挠度系统的可靠性，并在重庆马桑溪长江大桥、重庆高家花园嘉陵江大桥等桥梁结构状态监测系统的光电成像挠度测量系统工程实践中得以成功检验。

在对相同材质，不同光泽的物体表面进行颜色测量时，为了去除表面光泽对颜色测量产生的影响，多选择漫射照明、8°观察角、包含镜面反射光的照明观测条件。在理想情况下，由于积分球对照明光线的匀化，测量结果不会受到材料表面光泽的影响。但是在实际仪器结构设计中，由于测量结构设计的限制导致相同光谱反射率，不同表面光泽的测试样品颜色测量结果不同。文章从理论上分析了漫射照明、8°观察角、包含镜面反射光的照明观测条件下不同光泽材料表面测量产生误差的原因，设计了一种可以同时测量颜色数据和光泽数据的测量结构，提出了一种根据被测材料表面光泽数据对 SCI测量数据进行修正的矫正模型，并设计相关实验进行验证。实验结果证明，应用该矫正模型对测量结构进行修正可以显著减小该测量误差。

为解决超快光学诊断系统（如条纹相机，像增强器选通型分幅相机等）中记录 CCD相机的性能评价问题，分析得出记录 CCD相机对探测下限和动态范围更加看重，提出了适用于超快光学诊断系统记录 CCD相机光学性能评价的两个原则: 1）将有物理意义的像素群作为性能比较的单元，这样能去除 CCD相机像素大小和像素数目带来的差异; 2）宜使用最小可探测光强和光学动态范围作为 CCD相机探测性能的衡量参数，这样能去除 CCD相机数字化灰度、输出噪声起伏等带来的差异。在上述原则基础上，建立了不同种类 CCD相机光学探测性能对比测试示例系统，对某型科学级 CCD相机和某型 EMCCD相机进行了对比测试。测试结果表明， EMCCD相机比科学级 CCD相机具有更低的最小可探测光强和更宽的动态范围。上述 CCD相机探测性能比较方法已经在 Z箍缩超快光学诊断系统建立过程中得到成功应用。

气体二氧化氯在空间消毒领域具有广阔的应用前景，但其浓度在线检测技术的不成熟在很大程度上限制了它的推广应用。本文基于吸光光度法的检测原理，采用 LED作为光源，设计了简化的单波长双光路差分吸收式浓度检测探头，研制了可在线检测 0~9 mg/L浓度范围的气体二氧化氯浓度传感器，采取多种措施避免气体二氧化氯在检测过程中发生光降解，提高传感器寿命和稳定性。并且设计搭建了标定实验平台进行传感器的标定。结果表明，本文设计的气体二氧化氯浓度传感器精度优于 2% F.S.，能够满足气体二氧化氯空间消毒对浓度检测的需求。

针对机器视觉检测 TFT-LCD Mura缺陷时存在的图像整体亮度不均匀、背景复杂等影响检测准确性的问题，提出一种基于 B样条曲面拟合的背景抑制方法。在最小二乘法准则的约束下，采用双三次 B样条曲面拟合算法拟合出背景，并添加光顺项调整拟合精度，用原始图像减去拟合背景，从而消除亮度不均匀背景对缺陷分割造成的影响。为提高算法速度，对原始图像进行分块拟合，并将双三次 B样条函数分解为一元函数求解，减小了计算量，同时避免了对原函数求解时容易出现的病态解问题。实验结果表明，该算法准确、高效。

针对高速线材表面缺陷检测技术难题，对复杂光照下的线材缺陷分割技术展开研究。基于灰度直方图多峰值的特点，给出了峰值选取准则，并在双峰值模糊阈值分割的基础上提出了分段自适应模糊阈值的分割方法，实现了线材的提取; 在此基础上，利用对位遍历的思想，实现了线材缺陷的边缘分割。实验结果表明，该方法能够克服光照不均带来的灰度连续问题，可以比较准确的提取线材缺陷，为进一步研究线材表面缺陷视觉识别技术奠定了基础。

针对毛杆折痕难以检测问题，将非线性流形的思想引入到折痕识别领域。提出运用流形核函数与局部保持投影相结合的方法进行毛杆特征提取。首先基于区域图像构造协方差矩阵作为图像特征，利用仿射不变度量作为样本点的距离测度。然后通过定义的黎曼核函数选择流形上的近邻点，使得近邻点的选择符合数据呈非线性流形的假设，并结合数据类别信息构造相应的核矩阵。最后利用局部保持投影算法对毛杆图像进行降维。实验结果表明，本文算法能够有效克服光照不均和残余绒毛等外部因素影响，具有较好的稳健性和较高的识别率。

行人检测是目标识别领域的一大难点。现阶段用于行人检测的特征维数都比较高，为克服高维特征对实时性的影响，本文运用主元分析(PCA)对特征进行降维，加快检测速度。单一特征的信息有限，本文运用基于线性鉴别分析 (LDA)的线性权重融合原则对一些底层特征 (颜色、梯度、直方图 )和多层次导向边缘能量特征进行特征融合使特征具有多源信息。且上述特征可采用积分图技术进行快速计算，所以行人检测系统的鲁棒性和实时性得到加强。在目标识别领域直方图交叉核支持向量机(HIKSVM)具有分类快，且准确率高的优点，采用其进行分类，系统实时性更进一步提升。实验表明本文方法检测速度和检测率优于经典的 HOG+SVM算法。

针对双目视觉系统测量精度的问题，本文提出并建立了双目视觉系统误差分析模型，分析了摄像机标定精度、镜头参数及系统结构参数对系统测量精度的影响，并结合实验证明了理论的正确性。实验表明，在标定板均匀分布于具有较大深度范围系统的整个可视区域时，增加标定图像数目能有效提高系统精度; 在保证系统有效视场的前提下，增大基线距能有效的提高系统测量精度; 相机光轴与基线夹角在[55o～70o]取值时，系统测量精度较高。

红外焦平面探测器的非均匀性校正技术仍然是当前红外热成像系统重点研究的关键技术之一。相对定标类算法，基于场景非均匀性校正根据场景进行非均匀参数更新，不需要使用挡板遮挡视场。本文介绍传统神经网络非均匀性校正算法及加快收敛速度的改进措施，引入边缘检测方法来克服传统神经网络算法的鬼影问题。文中阐述的方法已在以 TMS320DM643为处理核心 DSP硬件处理平台上实现，取得了较好的校正效果。

卫星红外特征的研究对于卫星红外探测与识别以及卫星红外隐身设计都具有重要意义。论文首先计算了卫星的轨道辐射热流，接着计算了卫星各个表面的温度随轨道运行周期的变化，在此基础上计算了卫星各表面的自身辐射的红外辐射以及反射环境的红外辐射，由此建立了计算卫星红外周期性特征的数理模型，并以某轨道上六面体卫星为例，数值计算了卫星六个不同表面在中红外和远红外两个大气窗口的周期性红外辐射特征，相关结果可为卫星红外探测识别以及红外隐身设计提供参考数据。

针对高分辨率 640×512元非制冷探测器，设计了一款 6×长波红外连续变焦光学系统。该系统由 6片透镜构成，工作波长为 8~12 μm，F数为 1~1.1。根据变焦光学系统设计理论，确定了系统的机械补偿式变焦结构并构建了初始结构; 对该系统的光学结构参数及凸轮变焦曲线进行了设计和优化。像质评价结果表明该系统在 20 ~120 mm焦距范围上实现了连续平滑变焦; 在 30 lp/mm空间频率处，全焦距范围调制传递函数值大于 0.45，接近衍射极限; 全焦距范围各视场弥散斑均方根半径小于 6.3 μm，远小于像元尺寸 17 μm。实验证明该系统具有高分辨率、高变倍比、大光圈、大视场范围的特点，且像面稳定，变焦平滑，结构紧凑合理，成本相对较低。

提出一种基于岭回归协助稀疏表示的红外小目标检测方法。该方法分别采用二维高斯模型和正态分布随机矩阵生成红外小目标样本和背景样本，继而建立超完备字典。红外小目标检测包括两个阶段，在第一阶段利用岭回归表示快速计算所有测试样本的岭回归重建误差; 在第二阶段，根据岭回归重建误差自适应选择候选目标，并计算其稀疏表示重建误差实现目标检测。对提出的方法进行了实验验证，结果表明: 提出的方法具有较快的速度和较强的鲁棒性。

光波经过反射后具有偏振特性，目前研究表明热红外自发辐射也具有偏振特性。本文结合基尔霍夫定律以及菲涅耳公式对热红外自发辐射偏振特性进行了初步的理论分析和建模仿真。在低温环境下，采取遮挡措施，进行了热红外自发辐射偏振特性的验证实验，对不同表面状态铝板以及太阳能电池板进行了自发辐射偏振数据的采集。实验结果表明: 热红外自发辐射具有偏振特性，并与仿真结果具有一致的变化规律，热红外辐射偏振特性受目标表面粗糙度、材料影响并随着发射角的增加，偏振度不断增加。