基于超对称的概念,在超对称光学波导对的基础上设计出超对称三波导结构,并引入斜波导作为绝热耦合中间介质,以解决超对称波导器件的定向模式耦合问题。通过束传播方法模拟了耦合过程,讨论了斜波导倾斜角对耦合效率的影响,并得出了最佳的耦合条件。最后设计了一种基于超对称波导结构的三通道模分复用器,为高速短程光复用/解复用交互技术提供了新思路。

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题, 提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成, 应用空间后方交会原理, 无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程, 设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程, 并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机 3 m的1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm空间内, 在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm, 深度方向的距离测量精度优于0.7 mm, 三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明: 该方法有效, 可被灵活应用, 具有良好的测量精度。

使用传统公共点定向方法很难在狭小、受限空间下完成对大尺寸测量仪器的定向, 故本文提出了一种受限空间下球坐标测量系统的双面互瞄定向方法, 并以激光跟踪仪为例进行了理论分析和实验验证。该方法结合激光跟踪仪的测量原理和使用特点, 通过激光跟踪仪本体测头的运动特性构建几何约束, 仅要求测量仪器之间相互可视, 便可依靠较小公共视场完成仪器定向。阐述了该方法的数学建模过程, 研究了定向优化算法, 并在上海光源环形测量控制网建立过程中进行了相关实验验证。结果表明: 该方法在仪器相距5 m以内时, 参考点转站误差优于0.12 mm, 定向旋转角误差不超过1.5″。与频繁转站的传统方法相比, 可在保证精度的同时, 极大地提高现场测量效率。该方法亦可推广应用于其它单站坐标测量系统。

为了实现激光传感器测头可以根据现场条件来实时改变入射角度, 建立了结构可调的点激光测量系统。建立了相机的针孔模型, 利用张正友标定算法得到该相机模型的内部参数, 定义点激光测量系统中的光心角, 推导出利用像点坐标和相机内部参数实时求取光心角公式。建立了点激光测量系统的数学模型, 引入点激光测量系统的结构参数: 基线距和基准角, 利用零平面和两个基准面标定系统结构参数。利用标定得到的系统结构参数进行实时的逆向工程在线测量。实验结果表明: 测量系统量程为75mm时, 该标定算法最大标定误差≤0.02mm, 点激光测量系统的测量误差≤0.06mm, 达到精密测量的要求。

为了提高相机标定自动化水平，针对各种样式靶标，提出了一种角点匹配世界坐标的通用算法。分析了影响角点匹配世界坐标的主要因素：镜头畸变和投影变换导致的几何形变。算法利用“区间方差和”搜索极坐标系下最佳投影角，自动选择区间划分方式进行“二次分类”。仿真分析并验证了该算法有效抵抗几何形变和镜头畸变的能力。通过实验验证算法可稳定准确地实现靶标角点匹配世界坐标。在项目解决方案中作为独立算法模块，有效提高标定自动化水平。

针对JPEG2000中小波变换的硬件实现占用资源量大、速度慢等问题，提出了一种有效的二维小波硬件实现模型。该模型采用流水线并行结构，即对图像中各行像素进行流水线处理的同时，对小波分解的各级采用并行结构处理。这样的结构提高了小波变换的处理速度，实现了实时处理，节省了硬件的片上存储及外部存储资源。用FPGA对此模型进行验证。验证实验采用Xinlinx公司的SPARTEN-3系列芯片，对1 024×2 048的大图像进行处理，图像处理速度达到 80 Mpixels/s，满足实时性要求。

为了提取亚像素角点和实现高精度的标定, 提出了一种基于Harris算子和空间矩的亚像素角点提取方法。利用Harris算子, 在优化后的范围内提取像素级角点; 运用改进后的梯度模板提取像素级角点周围部分边界点, 并利用空间矩的方法得到边界点的亚像素级坐标; 将亚像素边界点进行直线拟合, 并将交点的平均值作为该角点的亚像素坐标。实际测试证明：利用该方法提取到的角点精度可以达到0.1pixel, 可满足实际的公差要求, 为X型靶标的角点提取提供了一种新的思路, 目前已经将该方法应用到了嵌入式机器视觉工业现场。

为了提高二维视觉测量的精度，本文提出了一种嵌入式机器视觉光轴与物面垂直度调节的新方法(面积法)。该方法将立体成像原理与数字图像处理结合，采用Harris 算子与空间矩结合提取特征点亚像素坐标，利用海伦公式计算特定区域的面积，再根据相机镜头与被测物相对倾斜时特定区域的面积变化规律，准确的判断光轴与物面垂直度。实验证明，该方法操作简单，稳定性好，实用性强，能够很好的提高二维视觉测量的精度。该方法已应用在嵌入式机器视觉工业现场。

针对传统的双线性Bayer彩色图像恢复算法恢复效果不理想，边界部分不明显，局部图像有团块等问题，提出了一种基于硬件实现的Bayer图像快速插值算法。采用梯度算法对Bayer格式图像绿色通道进行恢复，根据像素点所属的颜色组对蓝色通道进行恢复。实验结果表明，本文算法比双线性法有更好的峰值信噪比(PSNR)值，RGB 3个通道的PSNR值均比双线性法高5 dB以上，而且算法消耗时间比双线性法少，恢复的图像视觉效果更好。实验处理一幅512×512的全彩图像仅需要9.3 ms，完全可以满足实时性的要求，因此,本文算法在对实时性要求高的场合有很好的应用前景。

The chromaticities of the Chinese color system dataset are applied to eight color appearance models (CAMs). Models used are: CIELAB, Hunt, Nayatani, RLAB, LLAB, ZLAB, CIECAM97s, CIECAM02. Three color appearance attributes (lightness, chroma, and hue) are discussed for their uniformity, in terms of the constant perceptual nature of the Chinese color system dataset. The results show that no particular model can excel at all metrics. Comparison can lead to the conclusion that Chinese color system appearance scales can be predicted only slightly poorer than Munsell appearance scales using the eight CAMs.