为了解决视觉检测中由光照不均引起的金属线形被测物表面亮度差异变化过大而导致的灰度图像不能正确显示的问题，提出一种用于空间高曲率金属线形被测物的均匀化照明光源优化分析方法及解决方案。首先，基于光度学理论建立照明空间内任意点的理想照明模型。之后，推导该点表面照度、反射率、空间坐标信息与图像灰度之间的数学关系模型，利用MATLAB软件进行仿真模拟，对数据进行分析获取影响被测物均匀化照明成像的主要因素，在此基础上采用穹顶光源对照明光源进行改进，改进后金属线形被测物表面均匀度达92.85%。实验结果表明，该方案可以有效地提高金属线形被测物表面均匀度，较改进前提高34.77%，可以有效解决该类型被测物视觉检测中的成像问题。

为实现焊缝表面质量的自动检测，本团队设计了一种焊缝表面质量自动检测方法。首先对焊缝图像进行处理，提取出焊缝的中心线，并通过最小二乘法和K均值聚类算法提取焊缝特征点，进一步测量得到熔宽、余高等焊接参数；然后根据中心线数据建立三维光照模型，依据亮度的强弱与分布设立亮度特征，并根据亮度特征针对无缺陷焊缝以及咬边和气孔焊缝进行了识别。结果表明，所提焊缝表面质量检测方法对焊缝的自动识别准确率较高，而且稳定性高，效果好。

集鱼灯是秋刀鱼等光诱渔业中重要的助渔装备, 本文以秋刀鱼集鱼灯为例, 分别基于点光源法和球面光源法建立了单灯箱理论照度模型。比较平面照度的理论值和实测值发现, 基于球面光源法计算的理论值和实测值间线性拟合斜率系数较点光源法更接近于1。基于球面光源法计算的理论值与实测值间无显著差异(P＞005), 而由点光源法计算的理论值与实测值间存在显著性差异(P＜005), 说明基于球面光源法建立的照度模型更加符合实际情况。根据球面光源模型分别计算了白、红单灯箱在45°、60°、75°倾角下的照度分布, 结果发现照度值均随距离增加呈先增大后减小趋势; 同倾角不同灯色间照度分布差别较大, 相同位置处白灯箱照度明显高于红灯箱; 同灯色不同倾角间照度分布差别较小; 随倾角增加, 最大照度值位置到原点距离逐渐减小; 照度衰减速率的绝对值随距离增加呈现先减小后增大再减小的趋势, 最终趋近于0。

为了定量评价在线图像可视铁谱( OLVF)成像系统的像面照度均匀性，建立了一种像面照度模型。以像方参数及放大倍率表征物方视场，将物方视场区域离散化，采用朗伯余弦理论建立入瞳模式的像面照度模型，实现了像面照度的计算与均匀性评价。利用Matlab进行了物面照度仿真分析，确定了OLVF成像系统环形阵列光源的发光二极管(LED)数量，基于像面照度分析确定了最佳成像焦距和放大倍率。计算了油腔通油情况下成像系统中的光能量损耗以及磨粒沉积面的照度分布，建立了油液吸光系数与CCD像面轴上像点照度的关系。结果显示: LED发光强度已知时，仿真计算的像面不均匀度约为5.60%，实际测试的像面不均匀度为8%~9%，满足不均匀度≤10%的要求。开展了磨粒铁谱图像采集实验，结果表明: 图像中磨粒清晰可辨，便于图像分割与视觉特征提取。提出的模型可定量描述OLVF成像系统的像面照度，可作为优化系统结构，提高系统成像性能的依据。

舰船驶过海面后会形成一条长度可达数千米且持续很长时间的尾迹区。这种显著特征为利用尾迹波的红外特征来探测舰船提供了依据。从舰船尾迹区特点出发，实现了尾迹波的可视化仿真。在Cook-Torrance光照模型的基础上建立了适用于舰船尾迹波的红外成像模型。采用射线跟踪算法，并综合考虑太阳辐射、天空背景辐射和大气传输等环境因素的影响，得到了不同探测条件下舰船尾迹波的红外成像特征。结果表明：俯仰角较小时海面整体较暗，舰船尾迹波特征明显；俯仰角较大时海面整体较亮，舰船尾迹波特征减弱；开尔文尾迹的成像特征受气温变化影响较小，湍流尾迹在低俯仰角低气温时为一条暗带，高气温时为一条亮带；海面风速增加，开尔文尾迹最终会无法分辨，湍流尾迹成为唯一可识别的舰船尾迹波特征。

针对包含暖白光和冷白光两种不同LED光源的混合白光LED系统, 提出一种非线性控制混合白光LED系统照度模型的方法论。该混合白光LED系统包含暖白光及冷白光两种不同LED光源。混合白光LED系统总照度取决于两个LED光源所占的光通量比例, 据此提出三维空间下不同电流负载情况下的混合白光LED系统的照度模型,通过简单的光学及电学测试方法校准, 并实验测试验证该三维照度模型的真实性。该方法对混合白光LED系统的应用具有一定参考价值, 而且其适用于多个光源的LED系统, 并不仅限于白光LED。

为实时仿真红外场景，提出将数据库查找表技术引入红外场景仿真过程，用数据库存储表征场景景物的几何数据、热物理特征数据、光学特性数据等各类信息。在渲染红外场景时，直接访问数据库，将相关数据读入内存缓冲区，并在渲染过程中对内存中的数据进行处理，从而加快处理速度，提高仿真图像刷新帧频，增强仿真实时性。仿真实验表明，简单场景仿真图像帧频达 60 Hz以上，复杂场景仿真图像帧频达 20 Hz以上，仿真图像具有一定的红外特征，与实际场景基本相似。

为仿真场景景物红外特征和红外高光现象，根据红外成像基本原理改进了计算机图形学中的可见光光照模型，提出了基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型，在可见光Blinn-Phong反射模型中引入自发辐射项并考虑场景中各种辐射源与对象表面间辐射能量的传递，使对象表面辐照效果符合相应规律。在仿真实现方面，提出基于几何特征的反射区域辐射能量计算方法，根据景物几何特征确定反射区域，由入射点处的自发辐射和材料在长波波段的漫反射率、镜面反射率以及反射点处的法向量、探测器位置、朝向等信息计算反射点相对探测器的总辐射能量，实现红外高光效果模拟。分析验证了所提出的红外辐照模型和高光效果模拟方法的有效性。

为了实时处理恶劣光照条件下的人脸图像，在自商图像的基础上，提出了一种新的人脸光照补偿的方法.该方法首先在人脸三维光照简化模型的基础上，利用方向滤波削弱附着阴影.然后结合高斯低通滤波器，进一步削弱投射阴影.两者非线性结合，显著改善光照图像的质量.利用Yale B数据库提供的光照图像，在10万人脸数据库系统中进行测试，结果表明在光照条件恶劣的情况下能显著提高识别率.