针对在使用干涉、Moiré偏折等方法进行流场高速动态测量时条纹图中大量无效数据对计算结果的影响，提出了一种基于连续小波变换的条纹图相位分析方法。利用小波变换的瞬时条纹频率分析能力，选用复Morlet小波及合适的小波参数，使得条纹图的小波变换模极大值与其调制度系数成正比,将其作为加权最小二乘法相位展开算法的权值，保证了相位有效展开。使用曲线拟合进行小波变换脊定位，缩短了定位时间并消除了噪声干扰。仿真实验显示，使用该方法得到的分析结果与实际相位值的相对误差小于0.01%；内波流场测量实验显示，使用该方法进行条纹图分析，密度梯度测量精度达到了5×10-6 g/cm4。结果表明，用该方法进行条纹图相位分析可以有效消除无效数据对结果的不利影响，相位展开有效可靠，分析结果精度高。

提出了一种简单的流体密度梯度分布测量系统,该系统在传统纹影系统中引入计量光栅,将光线因流体密度变化引起的偏折转变为投影条纹图的变形,通过分析变形条纹图来提取流体密度梯度分布信息。在分析条纹图时,使用小波变换相位分析法,利用小波变换的局部化特性,有效消除无效数据的影响。实验结果表明:系统的密度梯度测量范围能够达到0.01 g/cm⁴,测量精度能够达到5×10^-6 g/cm⁴。系统装置简单,调节方便,适用于密度变化大的流体密度梯度测量。

提出了使用Sobel算子或Laplace算子做卷积,对图像像素点进行绝对值相加的TennenGrad改进算法,以及Laplace改进算法,和几种已有评价函数进行分析比较.为了判断粗调评价函数的优劣,对评价函数的判断准则进行了逐一分析,并且将平滑性、高效率、强壮性作为最主要的衡量标准.在搭建的显微镜粗调实验系统中,对较为复杂的MEMS器件-微加速度计进行粗调成像.另外,对显微成像系统的调焦策略进行分析研究,提出并比较分析了3种调焦策略,其中n点灰度比较策略是较优的策略.实验处理结果表明,改进的TennenGrad算法具有最优的粗调特性,调焦范围较大,达到了210 μm;调焦分辨率高,达到7 μm,同时调焦图像显示出曲线变得更加平滑,曲线部极值点由5个减为0个.

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.