提出一种多特征描述及局部决策融合的人脸识别方法。首先利用独立成分分析算法构造全局互补子空间,对待测样本进行粗分类。然后利用三种不同定义的纹理描述算法构造局部互补子空间，获取粗分类难识别样本的后验概率值，最后依据其大小设置等级分数，得到待测样本在局部互补子空间上的精确分类。在ORL、Yale 和FERET 人脸库上的实验结果表明，本文方法能较好的描述图像特征且具有较高的识别率和较低的时间复杂度，与其他方法对比也表明了本文方法的有效性。

为了实现对光栅表面缺陷的自动检测，开发了一种基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统。首先，搭建了系统硬件平台，分析并解决了关键检测难点；然后，在分析比较了几种传统边缘检测算法的基础上，介绍了边缘重绘算法，对光栅表面图像进行边缘检测；最后，根据各种光栅表面缺陷特征，选取多个阈值定义多种光栅表面缺陷，提取特征缺陷并标记，开发了检测算法。实验结果表明：该系统检测精度达微米级，单个光栅检测效率为30 s 左右，缺陷识别率在94%以上，误检率在4%以下，可在线实时检测多种光栅表面缺陷。

海洋光学紫外遥感需要通过对紫外探测系统进行精确的辐射定标和系统性能指标测定来实现。本文采用积分球光谱辐射定标法，利用氙灯光源，标定自行研制的一套紫外辐射面阵探测系统。得到待测系统的输出响应与积分球输出光谱辐亮度呈极好的线性关系，线性相关性达99.99%。同时发现氙灯光源存在起伏涨落特性，本文首次提出了氙灯修正模型，建立了基于实测结果、待测系统和氙灯光源三者标准差关系的简易模型，可以修复由于氙灯输出有起伏带来测量失准48%的负面影响，得到待测系统的实际噪声和信噪比。通过文中的理论分析和模型的建立与验证，为氙灯积分球紫外辐射定标和信噪比等参数测定提供理论和数据支持。

针对传统基于三角形原理的测量方法对结构参数要求严格、装调难度大的不足，提出了一种基于空间解析几何原理的平面方程模型和算法。采用最小二乘法曲线拟合的方法确定已标定的两个倾斜光幕的平面方程，通过弹道线与四个光幕的平面方程组的联立求解，实现弹丸速度和着靶位置的精确测量。文中的方法降低了对两倾斜光幕的安装和装调难度，采用实弹射击的方式对所提方法进行验证，结果表明：所提的四光幕阵列的平面方程模型与算法简化了四光幕阵列结构装调，节省了人力，提高了测量精度。

针对现有结构光视觉测量中普通投影仪亮度不均匀引起系统Gamma 非线性畸变值分布差异，从而导致相位误差问题，提出了一种自适应分区域Gamma 预编码校正方法。首先，介绍了结构光双目视觉测量原理以及标准N 步相移法。接着，分析了投影仪和相机的Gamma 非线性畸变对光栅正弦性的影响以及预编码校正方法。然后，在获取Gamma 值分布规律的基础上，根据Gamma 值的变化与相位误差的关系确定分区域阈值大小。最后，根据确定的阈值对测量视场进行区域划分，获取各区域Gamma 值，并对标准白板和汽车挡泥板进行了实际测量。实验结果表明：本文方法比相同条件下采用单一Gamma 值预编码校正方法在相位误差的补偿精度上提高了约30%，在三维数据的测量精度上提高了约15%。该方法能更好地减小相位误差，提高结构光视觉测量系统的精度。

搭建了一套小视场的三维面形测量系统。该测量系统采用基于DLP4500 芯片开发的高速数字投影模块套件实现条纹图像的高速投影和相机的同步触发图像采集。利用该投影模块向小视场物体表面投影三种不同频率的相移条纹图，相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹，分别计算出三组条纹对应的截断相位图，再进行两次外差得到频率为1 的相位分布，以此为基准往回展开得到连续的相位分布，从而重建被测物体的三维面形分布。实验成功重建了以硬币为代表的小视场(8 mm×6 mm)物体在100 μm 深度范围内的表面三维形貌。

为了研究大气偏振模式的实际变化规律，在分析了偏振测量装置发展现状的基础上，设计了全天域大气偏振模式实时测量系统，实现了单个主光路下，三路通道不同偏振方向的同时成像。通过光路仿真，优化并搭建了硬件装置，开展了误差分析和标定实验，提高了偏振测量精度，其中，系统线偏振度测量误差小于1.6%，偏振角测量误差小于±0.32°。在此基础上，开展了外场实验，结果表明，在晴朗少云的气象条件下，不同波段下的大气偏振模式分布与Rayleigh 模型的差异值，也有着显著区别，其中，520 nm 下的分布与Rayleigh 模型最接近。

由于卫星星体结构热变形以及机械振动的影响，高精度载荷指向相对于精度基准会发生小角度的相对转动。在此背景下，本文提出了基于激光位置敏感器(PSD)技术的载荷指向角度测量方法，并研制了测量系统原理样机。该方法使用了有夹角双光束，并且是双光源、双反射镜、双传感器，可以使得测量装置结构紧凑、体积小、质量轻，布局位置灵活。样机实验结果表明，测量装置能够适用于卫星应用，满足载荷指向的转角测量需求。

在非球面的检测中，工艺球面补偿检测是最普遍的方法。针对该方法适用范围的局限性，本文提出了应用工艺球面补偿检测时非球面所必须满足的条件。根据波像差理论和瑞利判据，推导出凸二次曲面能够应用工艺球面补偿检测所必须满足的条件，并采用有限距离正面补偿检测的方法，对工艺球面补偿检测的局限性提出了改进。最终结果表明本文所提出的理论能够判定，所需要研制的凸双曲面镜不能直接应用工艺球面补偿检测，而组合补偿检测方法能够保证凸双曲面的面形精度δPV=0.159 8λ 优于λ/6(λ=632.8 nm)，满足技术指标。

激光四象限定位光学系统具有体积小、精度高的优点。针对传统激光四象限定位光学系统结构复杂、质量大、成本高的缺点，提出采用菲涅尔透镜代替普通透镜。根据激光四象限定位光学系统定位原理，分析了光斑照度分布对四象限探测器输出偏差信号与目标方位角之间线性关系的影响，认为只有中心光照度低于边缘光照度的光斑才能产生这一理想线性关系。给出理想激光四象限定位光学系统的设计方法，利用此方法设计了实例，验证了分析结果的准确性。模拟结果中输出偏差信号与目标方位角的比值接近常数。

利用ZEMAX 软件设计一款500 万像素的手机镜头。该镜头由3 片塑料非球面镜片组成。镜头的光圈值F为2.8，全视场角64°。采用Omnivision 公司OV5645 型号的CMOS 作为图像传感器，像素尺寸大小为1.4 μm×1.4μm，截止频率为358 lp/mm。最终设计结果，镜头光学总长度为4.163 mm，1/2 截止频率处的全视场MTF 大于0.3，相对照度大于55%，畸变小于1%，场曲小于0.1 mm，可以获得优质的成像效果.

为了用普通监控相机的资源获取快速运动物体的清晰图像，本文设计了一种基于硬件摄像技术的编码曝光相机。其方法是在CCD 时序电路中预设二进制编码序列控制曝光方式，用FPGA 技术实现并驱动CCD 图像传感器获取图片。然后在ARM 的微处理器核中，用反卷积方法对拍摄图片进行去模糊处理。使用编码序列控制曝光方式拍摄的图像能够充分的保留图像的高频信息，这样卷积去模糊能够转变为常态问题，最后得到较高质量的图像。实验表明，对比常规曝光获取的图像，编码曝光方式拍摄的快速运动物体图像信息清晰，效果满意。

本文研究了侧入式LED 背光源导光结构的仿真及现实因素对背光源出光效果的影响。首先分析了导光结构的主要功能、特性以及相关理论基础；之后针对其出光特性提出一种简化而准确的仿真模型；最后结合生产实践，重点分析了LED 光源与导光板的结构匹配，导光板薄形化处理，以及网点优化设计等关键因素变化对背光源出光效果的影响，并进行了实验验证。该研究对导光板的结构参数提出了合理的优化设计需求，对生产具有一定的实际指导意义。

为保证数字微镜器件(DMD)的温度水平满足要求，采用计算和试验相结合的方法，对DMD 热设计进行了研究。通过设计强迫液体冷却的散热方案，计算DMD 各个测温点的温升，得出反射红、绿、蓝光的DMD 最大温升分别为14.4 ℃、11.3 ℃、10.2 ℃，通过试验对热设计方案及计算结果进行了验证，试验结果与计算结果最大偏差不超过2.5 ℃，试验表明，所设计的热设计方案可靠，温升计算正确，为整机热设计和优化提供了理论依据。

本文使用高亮度半导体激光器作为光源，对不锈钢和碳钢板材进行了激光切割实验。实现对半导体激光切割可行性的验证，并对切割过程进行全面分析。实验表明：在以氧气做辅助气体时，大部分切割能量来自于材料的氧化过程，而激光输出能量推动氧化反应持续进行；以氮气为辅助气体时，激光的功率密度和激光的总输出功率是影响切割结果的主要因素；500 W 半导体激光适合切割3 mm 左右的金属板材，切割效率与光纤激光接近，并且可以得到相似的切割表面和切缝形态。结合氧助激光切割碳钢的工艺特点，通过优化方案可提高半导体激光对碳钢的切割能力，使此功率水平的半导体激光在氧气辅助条件下可以成功切割6 mm 厚度碳钢板。

针对显微视觉系统中大范围聚焦问题，本文提出新的聚焦搜索策略。该策略将改进的SUSAN 算子和小波变换算子组合提出新的聚焦评价函数，并根据评价函数单峰性以及峰值两侧变化陡峭的特点将聚焦曲线分为实现快速搜索的平缓区和高斯拟合的陡峭区，采用自行研发的显微视觉系统对搜索策略进行验证，按照拟合结果驱动电机直接到达焦平面。实验结果表明，新的聚焦搜索策略在实时性和准确性上具有更好的效果。