开展了扫描干涉光刻机工作台超精密位移测量的实验研究，以提高扫描干涉光刻机的环境鲁棒性。针对扫描干涉光刻机工作台位移测量精度，提出了新型高环境鲁棒性外差利特罗式光栅干涉仪测量系统。介绍了系统测量原理，设计了测量系统，提出了基于Elden公式的系统死程误差建模方法。设计制造了尺寸仅为48 mm×48 mm×18 mm的光栅干涉仪。基于误差模型计算了死程误差，计算结果表明：对于1.52 mm死程的光栅干涉仪，宽松的环境波动指标 （温度波动为0.01 ℃、压力梯度为±7.5 Pa、相对湿度波动为1.5%、CO2含量波动为±50×10-6）仅引起±0.05 nm的死程误差。最后，设计了基于商用双频激光平面镜干涉仪的测量比对系统，开展了光栅干涉仪原理验证实验和测并量稳定性实验。原理验证实验表明：光栅干涉仪原理正确且系统分辨率达0.41 nm。测量稳定性实验表明：常规实验室环境下，环境波动引起的死程误差为7.59 nm (3σ) @＜0.9 Hz&1~10 Hz，优于同等环境条件下平面镜干涉仪的31.11 nm (3σ) @＜0.9 Hz&1~10 Hz。实验结果显示系统具有很高的环境鲁棒性。

最佳邻接量是高精度加工玻璃模压成形用磷化镍镀层材料微沟槽模具的重要参数。本文提出了一种利用小角度微沟槽交叉切削技术快速确定微沟槽最佳邻接量极限范围的方法。该方法利用沟槽小角度交叉切削材料去除形式与沟槽邻接切削相近的特点，对微沟槽邻接量的极限范围进行预测。 首先，以沟槽交叉角度和交叉沟槽深度为变量设定切削条件，得到多组渐变棱；然后，观测交叉渐变棱形貌并结合材料塑性变形法则与脆塑转变理论分析棱边上的材料去除状态；通过观察交叉渐变棱与沟槽邻接脊部在切削过程中去除材料的截面形貌建立二者的关系；最后，分析交叉渐变切入棱与切出棱形貌的差异，确定脆塑转变的邻接量范围。基于上述方法，观测了交叉渐变棱的形貌并进行几何计算，确定磷化镍模具微沟槽邻接切削产生脆性剥离现象的临界邻接量范围为570~720 nm。 利用微沟槽模具超精密切削加工实验验证了该方法的有效性，加工出了高质量模具并用于微沟槽玻璃模压成形，实现了玻璃微沟槽的精密制造。

研究了一种基于数字微镜器件（DMD）具有新型光路结构的中阶梯光栅光谱仪，并采用新的谱图信息接收方式来降低其使用成本和数据处理过程的复杂程度。将具有单波长选通功能的DMD与一维探测器光电倍增管（PMT）相结合接收中阶梯光栅光谱仪的光谱信息，在降低仪器成本的同时将中阶梯光栅光谱仪谱图还原算法与DMD扫描驱动算法相整合，提高了算法效率。由于DMD的填充因子比CCD稍低，该类光谱仪对成像质量和能量集中度提出了更高的要求。本文根据DMD型中阶梯光栅光谱仪特点，在有限的可挑选的光学材料下，采用多重优化的方式合理设计了中阶梯光栅光谱仪准直镜、中阶梯光栅、棱镜、聚焦镜等各个光学元件的光路结构参数, 并且在Czerny-Turner结构中加入校正透镜和场镜，校正了系统所有像差，提高了整个光学系统的成像质量和光谱分辨率。最终设计的光谱仪系统分辨率达0.01 nm，单个微反射镜内的光斑能量聚集度达到70%。

介绍了基于同心结构的Offner成像光谱仪光学系统的工作原理、结构特点及优势，综述了Offner型成像光谱仪在国内外的研究进展。较详细地介绍了国内外目前常用的三种消像差方式，即通过改变光学元件装调结构实现消像差，基于单光栅像差理论的解析方法进行消像差以及通过设计凸面全息光栅来提高光谱图像的分辨率。文中总结了Offner成像光谱仪存在的关键问题及发展趋势，强调该系统需要解决的问题的是消除系统像差，提高系统光谱分辨率、空间分辨率和对弱信号的探测能力，其发展方向为更高的分辨率和探测能力以及系统的小型化和轻量化。基于对Offner成像光谱仪的研究，文中提出了一种从凸面全息光栅与光谱仪一体化设计的角度进行消像差的思路。

基于标量理论研究了不同槽形角，不同刻线密度的透射式闪耀光栅对使用波段的影响，推导了闪耀透射光栅的衍射光能量分布规律。分析证明了透射闪耀光栅在衍射能量最强方向上衍射光的衍射角与入射光的入射角之间的关系满足Snell定律。给出了入射角、衍射角与槽形角之间的关系式，研究了不同刻线密度和槽形角条件下衍射光能量分布的规律。对闪耀透射光栅进行了测量和比较，结果表明：已有闪耀透射光栅测量的结果与理论计算数据相吻合。制备了聚二甲基硅氧烷（PDMS）可调谐闪耀透射光栅，应用研究的理论公式测量了该闪耀透射光栅在拉伸与自由状态下的闪耀波长和光栅刻线密度，结果显示其波长测量误差在5 nm以内。拟合了光栅的等效槽形，验证了实时监测PDMS光栅槽形和刻线密度随拉力大小变化的规律。

基于严格耦合波理论，提出了一种在可见光波段能调控入射光相位的非周期悬空氮化镓（GaN）薄膜光栅。首先，采用有限差分时域（FDTD）方法，通过改变光栅的周期、占空比等参数仿真计算非周期悬空GaN薄膜光栅的光响应。然后，采用双面加工工艺和氮化物背后减薄技术在硅基GaN晶圆上制备非周期悬空GaN薄膜光栅，控制入射光束的相移。最后，通过角分辨微反射谱实验和光致发光测量实验表征了该薄膜光栅的光学性能。角分辨微反射谱实验结果显示非周期悬空GaN薄膜光栅的光学性能与FDTD的理论分析一致；光致发光测量实验显示其光致发光（PL）强度比硅衬底GaN光栅大大增强，峰值从364.3 nm转移到378.7 nm。另外，在可见光波段内，该悬空非周期GaN光栅有较大的入射角容忍度，为-25°～25°。得到的结果表明，研制的悬空非周期GaN光栅有助于提高光提取效率。

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题，分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型，分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求，设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500 mm×500 mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。 结果显示：入射光角度误差为1°，拼接光路中绕x轴，y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1 μrad，0.003 3 μrad和0.348 2 nm时，引起波前差为2.590 1 nm。根据这一计算结果，给出了干涉仪角度调节装置的设计指标，即设置角度调节分度为0.1°时，可满足大尺寸光栅复制拼接要求。

用纳米压印工艺制备红外金属光栅时，硬模板压印极易造成光栅结构缺陷致使光栅性能下降。本文采用柔性纳米压印工艺作为替代方法制备了适合在3-5 μm波段工作，高度为100 nm，上下金属层厚为40 nm的双层金属纳米光栅，其光栅结构参数为：周期200 nm，线宽100 nm，深宽比1∶1。 该方法采用热纳米压印工艺将母模板光栅结构复制到IPS（Intermediate Ploymer Sheet）材料上，制作出压印所需软模板；随后通过紫外纳米压印工艺将IPS软模板压印到STU-7压印胶，得到结构完整均匀的介质光栅；最后在介质光栅上垂直热蒸镀金属铝，完成中红外双层金属纳米光栅的制备。对所制备光栅进行了测试，结果表明，所制备光栅在2.5~5 μm波段的TM偏振透射率超过70%，在2.7~5 μm波段的消光比超过30 dB，在2.72~3.93 μm波段的消光比超过35 dB，显示了优异的消光比特性和偏振特性。该研究结果在红外偏振探测、红外偏振传感等方面具有潜在应用。

分析了氟硼铍酸钾(KBe2BO3F2，KBBF)晶体的倍频特性，结合基波光光栅耦合和KBBF晶体内全反射特性设计了新型KBBF晶体光栅耦合器。介绍了KBBF晶体光栅耦合器设计原理。在KBBF晶体表面制作光栅结构，使其衍射级次满足匹配角进而产生倍频光；结合在KBBF晶体内的全反射传输，增大光程，获得高的倍频转化效率。通过计算晶体匹配角、走离角、倍频系数等参数，获得合适的光栅匹配类型。优化设计匹配光栅参数，获得了槽型参数及较高的衍射效率； 基于光栅衍射效率与倍频转化率的关系获得了KBBF晶体光栅耦合器的倍频转化率计算公式，并给出它们的适用范围。最后， 基于5.2 mm×5.2 mm×1 mm KBBF晶体研制了晶体光栅耦合器，该光栅耦合器能够实现深紫外波段倍频光的输出，总倍频转化效率达到了16.86%

针对声表面波(SAW)传感器对品质因数、寿命和成本的要求，研制了Parylene增强型SAW传感器。根据金属剥离工艺要求，利用LOR剥离胶和AZ5214光刻胶双层胶旋涂工艺制作了梯形结构；在传统光学光刻条件下制作了2 μm的超细叉指电极。传感器制作过程利用了MEMS工艺，不仅实现了传感器的微型化，还可以批量化生产，得到的以石英为基底的传感器谐振频率达到249.077 953 MHz。最后在传感器的表面镀制Parylene聚合物薄膜以提高基底温度灵敏度。实验对比了未增强型（未镀Parylene）和增强型SAW传感器 (镀Parylene)的温度灵敏度。结果显示：未增强型SAW传感器温度灵敏度为2.048 kHz/℃，Parylene增强型SAW传感器温度灵敏度为2.855 kHz/℃，比前者提高了0.807 kHz/℃，且镀Parylene之后谐振频率变化量与温度具有较好的线性度，线性相关系数达到0.996 15。实验证明，Parlene增强型SAW传感器的性能优于未增强的SAW传感器。

提出了一种导模共振圆形光栅滤波器，以实现它在可见光范围内的多波段滤波。理论分析了圆形光栅滤波器在同一入射波偏振条件下形成多个共振峰的原因。 通过微纳加工技术在硅基二氧化铪材料上实现了光栅层约为70 nm的圆形光栅薄膜结构。利用一维线性光栅对圆形光栅的反射谱进行了模拟，通过角分辨微纳反射谱测试系统获得了该光栅滤波器在不同入射波偏振条件以及不同入射角时的反射谱。 实验表明，在特定的光栅周期以及占空比条件下（如光栅周期350 nm，占空比0.5），当线性偏振光正入射时，该圆形光栅滤波器形成了两个共振峰（505 nm处和575 nm处），与模拟结果基本符合。另外，光栅占空比相同时，随着光栅周期的增加，共振峰会向较长的波段偏移。实验显示：通过设计不同结构的亚波长圆形光栅，可以实现可见光范围内多个特定波段的滤波作用。

通过控制激光偏振与扫描方向，利用飞秒脉冲激光正交线扫描的微加工方式，在硅和不锈钢表面诱导出了规则分布的复合表面微纳结构并分析了激光能量密度对微纳表面结构形成的影响。实验显示：当激光的能量密度接近材料烧蚀阈值时，在硅表面诱导出了周期条纹嵌套纳米孔的双层复合二维结构，在不锈钢表面则诱导出了依赖于激光偏振方向的纳米点阵列分布，分析认为纳米点阵列是由周期条纹结构边缘发生断裂而生成的。另外，当激光的能量密度大于材料烧蚀阈值时，在硅和不锈钢表面会烧蚀出规则分布的微米级孔洞结构。实验结果表明:第一次扫描诱导出的表面微纳结构增加了对入射激光的吸收，促进入射激光与表面等离子体波的耦合，加强了后扫描的烧蚀效果，使得后扫描诱导出的微纳结构占主导。文中提出的正交线扫描的加工方式为微纳表面结构的制备提供了新的思路。

介绍了蓝宝石材料的亚表面损伤形成机制。考虑碳化硼磨料可产生较小亚表面损伤的优点，本文基于游离磨料研磨方式，研究了不同粒度碳化硼磨料研磨后蓝宝石晶体的亚表面损伤。利用KOH化学腐蚀处理技术，对研磨后的样品进行了刻蚀；通过特定的腐蚀坑图像间接反映了蓝宝石晶体的亚表面损伤形貌特征，获得了W20、W10和W5碳化硼磨料产生的亚表面损伤深度，得到了在不同刻蚀时间下蓝宝石亚表面损伤形貌、表面粗糙度和刻蚀速率。研究结果显示：游离碳化硼磨料研磨造成的蓝宝石晶体的亚表面损伤密度相当显著，但损伤深度并不大，其随磨料粒度的增大而增大，W20、W10和W5粒度的磨料研磨后产生的亚表面损伤深度分别为7.4, 4.1和2.9 μm，约为磨料粒度的1/2。得到的结果表明采用碳化硼磨料研磨有利于获得低亚表面损伤的蓝宝石晶片，而采用由大到小的磨料逐次研磨可以快速获得低亚表面损伤的蓝宝石晶片。

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求，提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型，利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据；对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理，得到砂轮三维几何形貌。然后，根据非球面平行磨削加工特点，提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓，进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标，并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后，对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测，获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据： 即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3 mm，半径波动极差为0.16 mm，中央±8 mm环带内圆弧的圆度误差约为5 μm，圆周跳动误差约为2 μm，截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008 mm。根据检测结果，进行了大口径复杂非球面磨削实验，得到的元件面形P-V值为4.62 μm，RMS值优于0.7 μm，满足工程的实际需求。

模仿蜘蛛毛发感受器的结构和功能，设计制备了表面对称电极含金属芯聚偏二氟乙烯（PVDF）纤维（SMPF ）的简谐振动传感器。用挤压拉伸的方法制备纤维胚体，将纵向表面涂镀形状完全对称的导电胶作为外部电极，经过极化后，制备成SMPF简谐振动传感器。基于压电方程和振动理论，建立了悬臂梁结构的SMPF简谐振动传感器的理论模型，分析了传感信号与简谐振动角度和幅值的关系。将SMPF简谐振动传感器固定在基体上，搭建了实验系统，测试了SMPF简谐振动传感器对简谐振动的响应，验证了理论模型。结果表明，SMPF简谐振动传感器能够准确感知简谐振动的频率，传感信号和简谐振动的幅值呈线性关系，和振动方向成"8"字形关系，共振频率为15.6 Hz，灵敏度为0.019 pC/mm。该SMPF传感器能够测量简谐振动频率、 幅值或方向，具有广泛的工程应用前景。

根据相关国标设计了一种便携式逆反射系数测试仪，用于测量交通标志、机动车车身标识和高能见度警示服等材料的逆反射系数。分析、比较了逆反射系数测量原理，基于相对测量法研制了逆反射系数测试仪。该逆反射系数测试仪以白色发散光作为光源，可以在近距离下模拟逆反射标识的实际工作状况，完成逆反射系数的测量。介绍了逆反射系数测试仪中光学系统、光电转换电路和STM32F103C8T6单片机控制系统的设计方法，建立了基于最小行车安全距离的逆反射系数测试角度的选择模型，完成了逆反射系数测试仪不确定度的评估。最后，利用研制的便携式逆反射系数测试仪进行了实验测试。 结果显示：在测试条件为（0.1~199.9） cd·lx-1·m-2时，其示值误差的最大值为4.40%；当测试条件大于199.9 cd·lx-1·m-2时，示值误差的最大值为1.31%，符合GB 26377-2010对示值误差的要求。设计的逆反射系数测试仪具有小型化和智能化的优点，对现场检测交通安全标识、机动车车身标识等具有实际意义。

针对体内测温、特别是肿瘤热疗体内温度实时监测对温度传感探头的体积、韧性和抗电磁干扰能力的要求，对医用小型光纤光栅温度传感探头进行了研究。提出了利用玻璃管封装短光纤布拉格光栅来有效避免应力引起的误差以及金属封装对电磁场分布的影响，同时提出用医用聚氨酯套管包裹探头及光纤来有效地保护探头及光纤并使其具备很好的韧性。 封装后，探头截面直径为1 mm、长度约为4 mm。实验测量了稳定温度源在不同温度下探头的反射波长响应和温度变化时探头的响应时间，并测量了医用热疗机加热猪肉时肉内部的温度变化过程。结果表明，体温范围内探头反射波长与温度的线性相关系数可达0.999 95，温度传感精度为0.2 ℃，探头最大响应时间约为4 s，并能实时监测医用热疗机加热猪肉时其内部的温度变化。

采用传统的热稀释法和指示剂稀释法测量脑血流参数（cerebral blood flow，CBF）需要导管插植和定时采血，会对机体造成一定的损伤。本文针对上述测量方法存在的有创且操作复杂等问题，提出了一种基于Fick定律和朗伯比尔定律的快速、无创脑血流测量方法。该方法基于脉搏色素法/近红外光谱术（PDD-NIRS）技术，选用吲哚氰绿（indocyanine green,ICG）作为指示剂，通过对脑部和动脉ICG引入量的计算得到CBF。为验证模型的正确性，采用成年白兔进行了动物实验。对白兔静脉快速推注ICG色素，应用PDD-NIRS方法测量其CBF，然后计算出CBF值。 实验显示；应用PDD-NIRS方法测得的CBF相对误差为2%~4%，验证了该方法测量CBF的可行性；临床对比测量显示其平均误差满足临床诊断要求。该方法为临床诊断心脑血管疾病以及临床脑血流监护提供了有益的参考手段。

针对高端装备制造中对大尺度机床误差测量与补偿的要求，本文基于光学自准直原理和液体表面反射原理，研制了一种二维光电水平倾角测量系统以实现对机床滚转角和俯仰角的测量。该系统使用半导体激光器发射激光，经光学自准直系统于待测硅油表面将被测倾角放大二倍。然后，由位置敏感探测器感测光斑位置变化，输出包含角度信息的光电流信号，并由低噪声四路同步微弱信号处理电路进行相同倍数的放大以减小误差。最终，由高速采集卡进行数据采集，经均值滤波、曲线拟合、解算处理后将其转化为倾角信息，从而实现二维角度测量。在光学平台进行了对比实验，结果表明：测量系统在-10～10 mm/m（约为-2 000″~2 000″）量程内，角度测量误差小于±0.050 mm/m（约为±10″），线性度优于0.25%，满足大尺度机床二维水平倾角检测对大量程、高精度、高稳定性的要求。

针对商业CMOS（互补金属氧化物半导体）场效应管模型在高频下易失效的问题，运用ADS软件构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型，并结合实测数据说明了本文模型的精准性及太赫兹波段场效应管的工作原理。构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型仿真系统，并将其与商业模型仿真结果进行对比，分析了在太赫兹波段本文模型与商业模型的区别。测试了现有场效应管探测器的频率响应，并对实测数据与两种模型仿真数据进行对比，说明本文模型提高了预测精度。最后，结合3σ原则分析了场效应管沟道尺寸对载流子散射效应的影响，以及场效应管进入弹道工作模式的条件。实验结果表明：本文模型与商业模型的区别主要在于模型中是否存在电感部分，该部分可作为场效应管沟道中载流子动量是否守恒及散射效应是否可以忽略的表征参数。相较于商业模型，本文模型对探测器最佳频率工作点的预测精准度可提高0.3%，对探测器带宽的预测精准度可提高约10%。该项研究为CMOS场效应管模型的精确建立及 仿真分析提供了良好基础。

讨论了红外光纤传像束的学术意义和制备工艺，制备了一种硫系玻璃红外光纤传像束并进行了专门的性能测试。选用As40S58Se2、As40S60作为芯棒和皮管玻璃组分，采用管棒法拉制成纤，利用人机结合的排丝工艺制备出了单丝直径为50 μm，纤芯直径为40 μm，576元正方形排列的红外光纤传像束。搭建了相应的实验测试平台， 对光纤束排列规则度、断丝率、光学效率及传像束引起系统调制传递函数（MTF）下降量等指标进行了测试。测试表明，传像束断丝率为2.7%，衰减损耗低于0.5 dB/m，光学效率约为31%，在红外光纤传像系统中光纤传像束引起的MTF下降量小于10%。最后，利用研制的红外传像束完成了红外成像实验，结果表明，红外光纤传像束能够实现良好的红外成像。

以气液两相环状流管道横截面的周向液膜为测量对象，采用单台高速摄像机和平面反射镜组构建了虚拟双视角的视觉传感器，并对传感器进行了优化。基于虚拟双目立体视觉原理建立虚拟双视角视觉传感器测量模型。为了尽可能增大有效拍摄视角以获得更多液膜流动信息，综合考虑视场区域、传感器尺寸、测量距离以及管道光路折射等因素，对虚拟双视角视觉传感器模型进行了分析和设计，优化了传感器模型的结构参数。理论分析及实验结果表明：优化后的虚拟双视角视觉传感器可以获得近300°的有效周向测量视角，远远优于使用单台高速摄像机进行直接拍摄。该项研究为通过双视角视觉传感器进行气液两相环状流周向液膜的实时测量提供了理论基础，对研究液膜厚度和分析环状流流动状态具有重要意义。

针对增强现实技术在移动智能设备上应用需求，设计了一种适应移动智能设备嵌入式系统的目标跟踪器。在特征描绘阶段采用亮度信息进行二值特征的快速分割并建立强显著性的二值特征描绘器；在特征选择阶段提出一种稀疏跟踪搜索模板进一步提高跟踪算法的执行效率。然后，在跟踪器中建立了存储目标初始信息的静态库与不断更新目标外观或运动变化信息的动态库，通过对比静、动态库与搜索模板区域中的信息确立跟踪目标位置。对跟踪器执行时间进行了对比， 结果表明：在保证较高的跟踪精度条件下，采用稀疏搜索模板能明显改善算法的执行时间，将搜索半径设为10可在绝大多数情况下满足跟踪器的实时要求。对跟踪器的有效能力亦进行了对比，结果显示：在3组不同搜索半径下，提出的DBRISK描绘方法的平均跟踪误差相对于BRISK（Binary Robust Invariant Scalable Keypoints）方法分别下降了16%、28%和29%。实验表明：提出的方法能够明显改善跟踪器的信息提取准确度，适用于计算能力有限的移动智能设备。

对含噪微机械系统（MEMS）陀螺信号进行小波分解重构时，真实信号对应的小波系数很难选取，故本文提出一种分层自适应匹配追踪算法(LAMP)来解决上述问题。建立了含噪MEMS陀螺信号中信号小波系数稀疏提取架构，将信号小波系数提取问题转化为含噪信号中信号小波系数稀疏性的恢复问题。比较已有稀疏重构算法，采用一种新的LAMP算法，在各种可能的小波系数组合中挑选出分解系数最为稀疏的一组，以此消除信号中的噪声小波系数，进而重构MEMS陀螺信号。实验表明：提出的LAMP算法的稀疏重构效果优于其他迭代贪婪重构算法；基于LAMP的信号稀疏小波重构方法，可以有效去除MEMS陀螺信号的大量噪声；去噪前后，纯MEMS陀螺数据解算的方位角平均累积误差由10.060 2 （°）/h减小到5.034 6 （°）/h，优于传统小波阈值重构法平均累积误差8.596 8 (°)/h， 显示了较好的应用效果。

为保证在去除点云数据噪声的同时不损失模型的细节特征，提出了一种基于特征信息的加权模糊C均值聚类去噪算法。首先,构建点云K-D树拓扑结构，根据点的r半径球邻域点统计特性去除大尺度离群噪声点。然后，利用主元分析法估算点云的曲率和法向量，根据曲率特征标识点云数据的特征区域， 并采用特征加权模糊C均值聚类算法对特征区域去噪，采用加权模糊C均值聚类算法对非特征区域去噪。最后，使用双边滤波器对点云模型进行平滑。对提出的算法进行了验证实验，结果显示：去噪后点云模型的最大偏差保持在模型尺寸的0.15%以内；标准偏差保持在模型尺寸的0.03%以内。本文算法能够在有效去除不同尺度和强度的噪声的同时不损失点云模型的细节特征，去噪精度高，且对不同的噪声模型具有较强的鲁棒性。

针对像素级偏振相机中偏振片单元由于刻划精度和透过率的差异导致偏振片阵列的非均匀性，提出了一种带有角度约束的最小二乘超像素校正方法。建立了带有角度约束的校正优化算法的数学模型，加入了超像素的标量增益和暗补偿参数。最后，搭建了以微偏振片为核心的积分球标定系统，进行了仿真实验和成像实验。结果表明：与最小二乘法相比，本文算法在有效地校正偏振度和非均匀性的同时也校正了超像素内振幅的非均匀性，重建角度的准确度提高了10%。经过插值处理后，边缘表现更为明显，有效减少了插值过程中所产生的噪声，提升了成像质量。

为了定量评价探测相机的成像质量，提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标，形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合，得到其高斯半径、异化因子等参数；对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示：相关度的引入，实现了背景阈值、异性因子的自动优化，减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响；而异性因子的引入，对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响，均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示：弥散斑等效面积圆直径测试重复性在“十”字工况吸收为0.15 pixel,在“田”字工况下为0.19 pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定，很好地控制了探测相机的成像质量。