提出一种新的测量矩阵获取方式——成像变换法,利用可见光相机拍摄调幅板花纹信息,采用相干成像算法获得模拟光场,最终将其转变为关联成像测量矩阵。通过搭建的太赫兹关联成像装置验证了成像变换法的可行性。实验结果表明,采用成像变换法得到的测量矩阵可使太赫兹关联成像达到系统的衍射极限分辨率,成像质量明显优于传统扫描方式获取的测量矩阵。同时实验研究了采样次数、光瞳函数、矩阵分辨率等因素对最终成像质量的影响。

研究了一种基于主动关联成像方式的太赫兹成像系统，可利用一个太赫兹单点探测器实现目标的高速、高分辨二维成像，突破了太赫兹器件的分辨率限制。该系统采用双调幅板旋转方式产生可重复使用的测量矩阵，大幅提高了成像速度。通过数值模拟给出了成像距离、调幅板随机图形尺寸、采样次数、采样矩阵相关性等参数对成像结果的影响，得到最佳实验参数，并优化了双调幅板的运动策略。搭建的太赫兹主动关联成像实验装置采用波长为3 mm的太赫兹源，实验证明其成像分辨率为4 mm，且成像时间由调幅板的电机转速决定，证实了此种太赫兹成像方式的可行性。

采用双光束干涉曝光法制作大尺寸全息光栅时, 由于温度变化、空气流动、振动等因素的干扰, 曝光条纹相对于光栅基板存在平移和周期变化, 从而造成光栅对比度下降。分析了大尺寸光栅曝光过程中条纹的动态变化情况, 结果表明：3 h内条纹平移和周期变化的均方根值分别为1.87、1.20个条纹周期, 对比度的数值模拟结果分别为12.83%、67.37%.构建了由三组条纹监视系统、计算控制系统和两组压电位移台组成的曝光条纹锁定系统, 实现了条纹平移和周期的同时锁定.锁定之后得到的光栅槽型和对比度明显优于未锁定时的情形, 锁定精度为：平移3σ值为0.009个条纹周期, 对比度为99.99%, 周期变化均方根值为0.017个条纹周期, 对比度为99.77%, 满足大尺寸光栅曝光对条纹稳定性的要求.

考虑去除函数对数控小工具抛光光学元件精度的影响, 提出了如何根据需要加工的非球面参数以及抛光盘参数得到最优去除函数的方法。由于计算非球面上去除函数的核心是准确获得抛光盘与镜面间的动态压力分布, 本文提出利用有限元法仿真抛光盘与非球面间的压力分布, 并结合经典 Preston 方程与行星运动模型来得到非球面不同位置处的去除函数。 基于随动压力分布模型, 分析了沥青盘抛光非球面时在不同抛光位置处去除函数的变化。在曲率半径为1 000 mm的球面上进行了去除函数验证实验。结果表明: 基于本文理论得到的去除函线型更接近实际情况, 皮尔逊系数达到了 0.977。本文提出的方法可以方便地调整加工位置来得到相应的压力分布, 实现去除函数的优化, 对提高加工效率与精度有实际指导意义。

机器视觉技术在工业测量中具有广泛应用，实现高精度的机器视觉测量对精密加工、制造具有重要意义。针对机器视觉应用中待测物体偏离焦面及在纵深方向过厚导致测量结果出现误差的问题进行了研究。重点讨论了系统中镜头远心度引起的平行性误差及其对离焦物体测量结果的影响。实验结果表明，在物体偏离最佳成像面而引入的误差中，平行性误差占到90%左右，因此可通过后期对平行性误差进行补偿以较大程度地提高系统测量精度。此外，针对待测物体过厚导致边缘模糊这一问题采用多种边缘检测算法进行了分析。结果表明在一定范围内，物体纵深方向越厚，边缘检测误差越大。在这一结果的基础上，对算法进行改进，提出一种基于图像灰度曲线的补偿方法，使测量误差由超过20 μm降至10 μm以下。

针对早期研制的激光直写装置存在的刻写速度慢、功能不够完善的缺点，重新设计并搭建了一套小型激光直写光刻系统。该系统采用波长405 nm可高速模拟调制的单横模半导体激光器作为刻写光源，结构更为简单紧凑；采用正弦振荡模式控制纳米平台运动，大幅度提高了刻写速度；增加了刻写光源功率校正功能、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)相机的样品观察功能、蓝光共聚焦成像功能以及刻录光源功率衰减以实现一般光刻胶刻写的功能。通过记忆调焦数据，刻写蓝光、辅助聚焦红光以及样品观察绿光三束光分时工作，互不干扰。实验表明，该光刻系统可在光敏薄膜材料上进行打点、刻画矢量和标量图形等多种操作，刻写范围200 μm×200 μm，最少用时100 s，刻写分辨率在250 nm以内。

蓝宝石是制作发光二极管(LED)衬底的基本材料，其质量直接影响高亮度LED衬底的晶片制造成品率，对于棒状蓝宝石晶体内部缺陷的检测定位能极大地降低生产成本，提高成品率。针对蓝宝石衬底加工要求，在机器视觉技术的基础上，利用LabVIEW及NI公司的图像采集卡和数据采集卡搭建了一个基于激光光散射层貌术的蓝宝石内部缺陷检测定位系统。系统利用高强度的线状激光照射下缺陷产生的光散射效应对蓝宝石晶体进行逐层扫描和图像采集，运用图像增强、图像分割及图像提取等图像处理手段对采集到的图像进行缺陷提取和分析，实现了对蓝宝石内部缺陷的检测和定位，具有很高的实时性和可视化效果。实验结果表明，该系统能有效地识别出蓝宝石晶体中的散射颗粒缺陷，并对其在棒状蓝宝石晶体深度方向上准确定位。

为解决传统光学检测方法存在的对已刻（干刻）区域无法检测、潜在曝光可能性、系统光路复杂以及灵敏度较低等缺点，提出了一种可用于激光直写光刻自动聚焦的高灵敏度流量计式位移检测系统。详细介绍了系统的原理、系统设计、实验方法以及误差分析等。根据流量传感器检测得到的气流变化，可以判断光刻系统中聚焦系统是否离焦以及离焦量的大小。再将此气流变化量转化为电压值反馈至压电陶瓷(PZT)执行机构，通过执行机构实现自动聚焦。由于喷嘴挡板系统可以建立喷嘴挡板间距与喷嘴内部压力的关系，而流量敏感度要高于压力敏感度，故采用了热线探针来检测系统流量变化。实验证明，该方法能够准确检测系统离焦量，系统测量精度可达100 nm，频率响应可达20 Hz，量程可达20 μm。而且在一定范围内喷嘴挡板间距与空气流量变化具有非常好的线性关系。

采用基于稀疏限制的鬼成像技术(GISC)框架模拟研究了散斑场中散斑强度分布对成像质量的影响以及重建过程中所需要的采样次数与散斑尺寸和目标稀疏性的关系。数值模拟结果表明，光斑强度分布对成像分辨率影响较大，高斯散斑优于相同直径平顶散斑，且高斯分布散斑更适合于实际应用。当散斑尺寸小于图像的分辨率时，所需的采样次数只跟图像的稀疏度有关，而与图像的具体分布方式无关；当散斑尺寸超出目标自身的分辨率时，获得相同成像质量的图像(以较低分辨率图像为准)所需要的采样次数与散斑直径的平方成反比。模拟验证采样次数与目标稀疏性的关系，并给出和验证了具有灰度的自然目标图像的稀疏度计算公式。