为了从不同的拍摄位置实时获取同一区域的眼底视网膜图像, 实现视网膜表面形貌的三维重建, 设计了一种基于双目立体视觉下的视网膜成像系统。系统由成像光路和照明光路组成。照明光路通过柯勒照明的方式为眼底提供均匀背景光, 并设置黑点板消除杂光; 成像光路通过反射镜组形成两个平行光路, 从两个光路同时拍摄同一区域的眼底视网膜图像。实验结果表明, 本系统放大倍数为7.3, 能在850nm的近红外光照明下实时拍摄到两组同一区域的图像。拍摄过程中视差角约为10°, 较好地校正了色差、球差等近轴像差。系统使将来与OCT技术融合, 实现深度信息图像和三维重建图像的拼接成为可能。

为实现微流场3D可视化速度测量，建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子，实现全流场流动特性3D可视化；利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数，对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配，根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量，实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测，对微流动器件流动特性研究具有重要意义。

提出了基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变表面形貌测量方法,可同时测量被测表面形貌两个正交方向的斜率,因而可通过一幅变形棋盘光栅图重构被测表面形貌.使用取微分极值的方法可简单有效地实现变形棋盘光栅图两个正交方向信息的分离和提取.根据所提出的测量方法和数据提取算法建立了微变表面形貌测量系统并对静态和动态表面形貌进行了测量.结果表明,所建立系统的分辨率＜0.1 μm,测量范围＞50 μm,符合有关研究中对微变液面的测量需求.

介绍了足部三维形貌测量系统的原理以及利用测量系统已有的一维运动机构和专用标定组件对测量系统所有CCD进行全局标定的实用方法.建立了基于光平面坐标系、标定坐标系、一维运动机构坐标系和CCD图像坐标系的测量系统模型;在测量系统一维运动机构的控制下,光平面分别对标定组件中两个斜面进行扫描,求取两个斜面上扫描线在光平面坐标系中的交点坐标,并根据光平面坐标系中交点坐标和CCD图像坐标系中交点坐标的对应关系,采用坐标映射方法建立光平面与CCD图像坐标系之间的坐标转换关系;确定了基于坐标系之间转换参数的优化目标函数,并根据标定块的标称值和实际测量结果,利用POWEL直接优化方法对坐标系之间的转换参数进行了优化.测量结果表明,单个CCD重复测量误差＜0.0625%;4个CCD测量值相对误差＜0.365%.实验结果表明,所述全局标定方法减小了一维运动机构、光平面和足支撑玻璃平板之间安装调节误差以及CCD等器件非线性带来的影响,且简便、实用、不需要其它精密标定仪器,可以对测量系统进行现场标定.

设计并实现了一种平面反射双光程结构的阴影系统,该系统在减小了尺寸的同时还提高了观测的灵敏度;采用直接成像的方法,降低了系统噪声,提高了自动化程度.结果表明:该系统可以清楚地显示小到1.0×10-6 g/cm4的密度梯度变化,可在海洋内波动力学研究中,对实验室中模拟内波的形态结构进行观测,满足试验场地受限的情况下大尺寸内波密度场的观测需要.