为了提高二值散焦光栅的正弦性，本文基于传统图像半色调领域的Floyd-Steinberg 误差扩散抖动算法，提出了一种新的误差扩散算法。首先扩大误差扩散核以减小正弦光栅二值化的量化误差，同时抑制非对称纹理；然后采用线性分配的误差扩散系数来进一步平滑光栅，增强光栅的弥散效果。软件仿真和实验结果表明，与传统Floyd-Steinberg 抖动算法相比，所提算法进一步平滑了光栅，减小了三维测量的相位误差。

为提高核电站特殊作业环境下(高放射性，同时兼具水下、高温、高压、硼酸等)各智能装备的作业定位精度，本文建立了综合考虑折射效应和透镜畸变影响的水下双目视觉定位非线性数学模型。以摄像机针孔成像模型为基础，分析硼酸水下视觉的成像原理以及影响因素并提出了一种适用于非结构环境的水下双目视觉定位方法。为验证所提方法的有效性，本文在空气、普通水以及不同浓度硼酸水下进行对比实验。实验结果表明，不同浓度硼酸对摄像机成像折射影响不大，且利用该方法计算的目标物属性尺寸与实际值接近，误差小。

基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)技术及修正型代数迭代算法(Algebraic Reconstruction Technique, ART)，选择频率为7 153.7 cm^-1 和7 154.3 cm^-1 的H₂O 吸收线作为测温谱线，测量了CH₄/Air 预混平面火焰炉燃烧场温度和H₂O 气浓度分布。仿真采用1 000 pixels×1 000 pixels 个像素点描述方形模型区域，假设40 条光束从两个方向正交通过重建区域，通过引入初始分布并经修正型ART 算法计算和三次多项式插值处理，温度场重建偏差在4.5%以内，H₂O 气浓度场重建偏差在4%以内。实验采用导轨和转台实现探测光对稳态燃烧场两个方向上的平行扫描，共获取24 路光束吸收信号，经修正型ART 算法重建和三次多项式插值处理得到整个火焰炉燃烧区域的温度场和H₂O 气浓度场分布。将温度场重建结果与热电偶的测量结果进行对比，表明该方法能够有效实现燃烧场温度二维重建。

针对现有镜头检测算法在处理运动信息时无法随着帧间差异不同而变化的问题，提出一种基于光流的镜头边界检测方法。依据光流算法对图像间熵计算进行校正，并提出一种光流量化方法。使用量化值与校正熵值判断图像连续性，保留存在镜头切换的候选边界；根据镜头构造的差异提取图像的光度信息与图像间互信息，并提出一种模型匹配的方式进行镜头类型识别。在互信息提取前对图像进行显著区域提取，来增加图像间的差异而保证模型匹配的准确性。实验表明，该检测算法能准确检测镜头边界且有效排除运动干扰。

提出一种新型多普勒三维激光运动姿态测量技术。该技术基于多普勒效应干涉原理，由He-Ne 激光器发出偏振光，通过载波调制和信号解调，获取被测物体的振动信息，并通过测振单元的并联、自动聚焦系统、五路信号获取三维信息、同步数据采集等子系统的混联，最终实现非接触式、跨尺度、高精度的三维测量。该技术克服了传统接触式传感器频带范围窄、测振精度低、不适合测试轻质、软质物体的缺陷，可实现在狭小空间、电磁干扰、微振动、冲击振动、高温环境下三维振动测量。

针对二值条纹的边缘扩散问题，本文提出了一种改进型线移的结构光三维测量方法。该方法根据图像像素的邻域关系和逻辑关系，采用优化预处理方法得到了条纹图像的单像素边缘；根据边缘扩散对边缘定位的影响，采用一种二值图案对称线移的方法，线移条纹以Gray 码最后一幅图案的条纹中心为基准向两侧对称线移，线移条纹宽度与Gray 码最小周期宽度相等、方向与Gray 码条纹方向平行；采用正交投射实现了对测量视野的唯一性编码。实验结果表明，该方法对平面重构的相对误差为0.07%，耗时5.41 s，满足精度和实时性的要求。将该方法应用在混合物体的表面测量实验中，结果验证该方法对不同工件具有良好的适应性。

针对Lytro 相机微透镜阵列中心标定的精确性受主透镜安装误差、漫反射光一致性等不利因素的影响，本文提出由粗到细的局部搜索式微透镜阵列中心标定方法。在获取粗调中心的基础上，局部搜索其邻域像素的最大值作为候选中心，并计算二者间的欧氏距离，实现微调中心的精确定位。实验结果表明，与其他先进标定算法相比，本文方法的距离误差较小，精确性提升了3.88%。进一步，将标定结果用于色彩校正及重聚焦，结果表明本文方法色彩校正后的图像更加真实自然，信息熵值更高；重聚焦图像清晰度更高，并且对室内外复杂场景均适用。

针对现有的钢球表面质量视觉检测仪缺陷球漏检问题，本文提出照明系统优化方案。该方案通过建立LED漫反射穹顶光源的数学模型，分析影响钢球表面照度均匀性的因素，分别针对光源遮挡屏形状、导轨透光率，运用Lighttools 光学仿真软件模拟了其对照度均匀性的影响。根据分析结果，更新检测仪原有的照明系统，将检测仪投入工业现场进行实际分拣测试。实验结果表明，改进的照明系统将设备的钢球缺陷球漏检率降低至0.02%，提升了检测精度，光源的优化设计符合理论推导和仿真预期结果。

为指导高精度大型止推面加工，需要对其平面度进行面采样测试。本文建立了结构光检测模型：激光器投射平行条纹到被测表面，CCD 相机接收包含条纹的图像。被测面理想的情况下，CCD 相机接收到直条纹；当被测面存在凹凸时，条纹发生扭曲，扭曲量和高度存在比例关系。论文推导了结构光检测一体式装置的数学模型，分析了入射角对测量精度的影响。实验结果表明，入射角越大，系统分辨力越高；当入射角度继续增大时，检测精度有望达到要求，然而图像畸变严重，处理困难。论文提出改进分体式检测装置，CCD 相机固定在待测面正上方，线激光阵列以相同角度入射。在入射角为85°时，对400 mm×400 mm 的平面检测时，采用4 096 pixel×4 096 pixel的CCD，借助亚像素技术，结构光检测系统分辨力可以达到亚微米级别。

本文从测试腔长与初始腔长不一致、探测器耦合方式分析了连续光腔衰荡技术测量超高反射率元件损耗的误差。测量结果表明，在635 nm 波长，常规1 000 级超净实验室空气损耗系数约10 ppm/m，当测试腔长比初始腔长长20 cm 时，导致测试样品损耗测量结果偏大约2 ppm。另外，当采用交流(AC)耦合方式探测CRD 信号时将使衰荡信号波形失真，通过实验对比直流(DC)耦合和AC 耦合结果，发现采用AC 耦合将使损耗测量结果偏低约2 ppm。实验结果与分析表明测量超高反射率元件损耗时应保证测试腔腔长与初始腔腔长一致，并且采用足够带宽的直流耦合探测方式。