基于激光多边法的坐标测量系统的测量精度受到其布局方式的影响。前期研究中通过对无目标点自标定模型误差传递规律的理论分析，将系统的布局方式优化为直角三棱锥布局。在此基础上，通过对线性化后的系统测量模型进行误差分析，发现当该测量模型系数矩阵的条件数取得最小值时，得到系统的最佳布局方式为直角正三棱锥布局。仿真结果表明，直角正三棱锥布局可有效保证系统的测量精度。

基于激光多边法的坐标测量系统可实现无目标点自标定，其测量精度受到自标定精度的影响。而系统的布局方式是自标定精度主要影响因素之一。通过对无目标点自标定模型误差传递规律的理论分析，对系统的布局方式进行优化，优化结果为直角三棱锥布局。仿真结果表明，直角三棱锥布局提高了自标定精度，从而保证了系统的测量精度。

并行共焦测量技术的核心是将单点共焦测量变成多点同时扫描测量, 从而使共焦测量速度显著提高。本文介绍了共焦测量技术原理, 综述了用于并行共焦的并行光源技术, 分析了这些方法的优点和不足。结合作者近年来的研究成果, 重点阐述了基于微透镜阵列和数字微镜器件(DMD)产生并行光源的新方法。分析和研究了DMD的空间光调制机理, 最终建立了一种单光源双光路并行像散共焦测量系统。

针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应, 提出将数字微镜器件(DMD)引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件, 从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源, 对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像; 同时, 考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用, 并非高效的并行光源分束器件, 本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置, 利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明, 两种光路下的正焦面位置仅相差2 μm, 在一个泰伯间距范围之内, 可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响, 进而保证较高精度的并行共焦测量。

为了实现对红外光谱的准确测量, 对切趾、相位校正、波数校正等方法进行研究, 建立了高精度的傅里叶红外光谱仪数据处理系统。在比较各种窗函数的优缺点的情况下选用四阶布莱克曼窗函数对干涉图进行切趾, 根据红外光干涉图相位误差特点采用卷积法对单边干涉图进行相位校正, 深入研究波数校正方法, 采用能量重心法进行波数校正。实验结果表明, 傅里叶红外光谱仪数据处理方法能有效的实现光谱的准确测量, 在波数重叠非常严重的条件下波数精度能提高 5~10倍, 在波数重叠不严重的条件下波数精度能提高 103倍以上。四阶布莱克曼窗函数能有效减少有限截取的能量损失, 卷积法相位校正能很好的校正相位误差, 能量重心法能够对谱峰进行精确定位, 高精度 FTIR数据处理方法能实现对红外光谱的高精度测量。

数字微镜器件（DMD）可以控制其中每个微镜的偏转状态，相对于其他光分束器件，它可以构建出点光源大小可变、间距可调的柔性阵列光源。在前期研究的基础上，理论上推导出该阵列光源可以用于并行共焦测量，改进了测量光路，并结合实际使用找到了合适的阵列光源参数，获知了并行共焦测量系统的纵向分辨率与点光源大小的关系，最终通过对实物的测量较完善地阐述了基于DMD的并行共焦测量系统。

用傅里叶红外光谱仪对红外光谱进行测量时得到的是整个波带内的光谱图，有时我们只关心某一波段的光谱图，这时就必须对光谱图进行细化。本文将Chirp_z 变换方法用于红外光谱的细化，利用该方法的局部光谱细化能力，有效实现了红外光谱图的局部放大。该方法可以在采样点数不变的情况下实现任意波段范围内的红外光谱图的细化，同时由于局部范围内采样分辨率的提高，将获得更高精度的红外光谱图。理论推导和实验结果表明，Chirp_z 变换具有精度高、速度快和灵活性强的特点，具有很高的工程应用价值。

数字微镜器件(DMD)可以对反射后的光线进行分束，再经过透镜聚光后，能够形成点光源阵列，其中点的大小、间距都可以很方便地控制。相较于传统的微光学器件，DMD 具有不可比拟的柔性，而且成本很低。利用DMD 构建的数字并行光源可以用于并行共焦显微探测，实验搭建了一条适应于目前测量环境的光路，对比了周期不等的点光源阵列后，得到了在同时满足DMD 和CCD 的像素要求的前提下，阵列周期越小越能提高测量纵向分辨力的结论。

根据机载飞行头盔特点及人机工程要求，设计了护目镜型头盔显示器光学系统.分析了该光学系统的光学性能和畸变特点，研究了该光学系统畸变的算法软件校正方法，设计了预畸变校正算法软件，并对护目镜型头盔显示器光学系统进行了畸变校正.结果显示：校正后光学系统具有很高的成像质量，空间频率为50 lp/mm时，全视场调制传递函数接近0.2；同时畸变小于0.5％，系统满足机载护目镜型头盔显示器性能指标要求.

并行共焦显微术能够同时测量多个被测点,大大提高了测量效率,但同时也引入了较大的轴外点像差。已有的数据处理手段不能消除轴外光斑的横向偏移。针对其缺陷,提出了中心扩散法和光强重组法来获取被测光斑的光强位移曲线。实验结果表明,中心扩散法和光强重组法基本消除了轴外点光斑10 μm左右的横向偏移;与现有方法比较,这两种方法还将系统的测量稳定性分别提高了2倍和5倍,满足了并行共焦显微系统高精度快速测量的要求。