激光准直技术在位移测量及相关应用中具有重要作用, 其核心器件是位置敏感探测器, 环境杂散光、电源波动、光电信号处理电路噪声等是影响测量精度的主要因素。针对以上问题, 提出一种基于激光调制的高精度位移测量方法。将激光器由直流驱动的连续输出模式改为交流驱动的调制模式输出, 优化设计光电探测器微弱光电信号的调理与采集系统, 通过编写Labview软件对信号进行频谱分析、带通滤波、均值处理等, 对激光连续输出和激光调制输出2种情况分别进行了实验测试与分析, 并对比了位移测量的稳定性。实验结果表明: 其测量值波动范围从7 μm减少到了2.6 μm, 验证了基于激光调制方法的有效性, 可以通过滤波更加有效地消除噪声, 测量精度提高至3 μm以内。

提出了一种基于激光三角法光线折射补偿对透明平板厚度测量的方法，设计了基于单激光位移传感器的透明平板厚度测量装置，并应用于准分子激光投影光刻加工透明材料时的像面校准。首先构建了激光三角法测量情形下偏折光线和透明平板位置之间的关系，分析了散射光斑因折射发生的位置偏移量与平板厚度之间的关系，以及透明平板与散射基面的间距和散射基面位置的变化对测量结果产生的影响。然后设计了基于单激光位移传感器的透明平板厚度测量装置，实验验证了散射光斑偏移量和平板厚度之间的对应关系，测得了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)厚度测量的补偿系数为0.441。综合理论分析和实验验证，结果表明散射光斑偏移量与透明平板的厚度呈线性变化关系，透明平板与散射基面间距的大小对测量结果无影响，散射基面偏移量与传感器探头示数变化量相等。PMMA 平板厚度测量的平均绝对误差小于0.01 mm，平均相对误差为0.6%，能够满足准分子激光(KrF，248 nm)加工PMMA 基生物芯片的精度要求。

轧工质量是棉花重要的质量指标。皮棉疵点的存在会影响到棉花加工的质量以及纺织品的品质，因此皮棉疵点含量的快速检测具有重要的意义。针对皮棉疵点中破籽、带纤维籽屑和僵棉，利用皮棉疵点不同的光响应特性，提出了一种基于改进的自适应迭代阈值法皮棉疵点快速检测方法。该方法基于光电探测技术，利用改进后的形态学边缘检测算子对多疵点图像进行边缘检测，得到了具有明显特征的疵点图像，再用迭代阈值法求取阈值进行图像分割，当权重系数n=0.6 时破籽和带纤维籽屑有最佳分割阈值，对于僵棉权重系数n=0.5 时有最佳分割阈值。同技术人员的比对实验结果表明原棉疵点检测正确率达到85%以上，检测时间在3 s 以内，基本能够满足快速检测的需求。

为了保证夜间及恶劣环境行车安全, 提高驾驶员对前方目标识别的准确度, 提出一种基于近红外成像技术的汽车夜视系统, 该系统采用主动式近红外探测技术的车载夜视仪。系统主要由前端红外发射单元、红外线成像单元和图像显示单元组成。现场试验夜视系统识别漏检率为1.3%。实验结果表明传统车灯所辐射的大部分红外成分对夜间照明是无用的, 可见光能效较低, 而基于红外图像处理的汽车夜视系统能够有效地保证汽车安全驾驶。

提出一种基于激光准直技术的多自由度误差同时测量方法。采用半导体激光单模光纤组件为光源，分别以角锥棱镜和分光直角棱镜作为二维直线度误差和三维角度误差的敏感器件，实现了直线导轨五自由度误差的同时测量，且测量移动部分无电缆连接。通过理论分析及实验，验证了方法的可行性和可靠性。在设定参数下，直线度、俯仰偏摆角和滚转角误差的测量分辨率可分别达到0.1 μm ，0.1″和0.3″。

精密直线运动系统在高端加工制造等领域具有重要地位，六自由度误差的高精度测量方法与技术是提高其精度的必要手段，而滚转角误差是其中最难测量的一个参数。总结并介绍了目前国内外的多种滚转角测量方法，给出了每种测量方法的原理和发展现状，比较了各种方法的优缺点，讨论了其发展趋势。

提出了一种以单个直角棱镜为敏感元件的三维小角度同时测量方法。准直光束垂直入射到镀有分束膜的直角棱镜的斜边面，其反射光束产生2倍于俯仰和偏摆角的偏向，由四象限探测器QD1接收，可实现俯仰和偏摆角测量；透射光束经直角棱镜反向折回，其方向也发生2倍于俯仰角的偏向，同时产生包含滚转角信息的平移，此光束由另一四象限探测器QD2接收，利用两个四象限探测器差分测量可实现滚转角测量，并避免了误差串扰，同时增强了抗干扰能力。通过理论分析及实验验证了方法的可行性，在设定参数下，偏摆、俯仰角和滚转角测角分辨率可分别达到约0.1″和0.3″，测角精度约为1″和2″。

介绍了四象限探测器的工作原理及影响四象限探测系统精度的各种内外部因素，详细分析了四象限探测器死区对探测范围内探测灵敏度的影响。在探测范围内，对各个象限内高斯光斑接收的光功率进行计算，并用Matlab软件对归一化的目标光斑偏移量x随光斑中心坐标X的变化关系进行仿真，设计四象限探测系统的光路和电路，当死区宽度D=0.1 mm时，调整光斑半径R大小分别为0.6 mm和0.4 mm下进行测量。理论及实验结果表明，死区宽度相对光斑半径的比例越大，光斑偏移量随光斑中心的变化趋势越陡峭，探测器的灵敏度越高。