非均态灰度变化和局部景象变化是异源图像配准面临的主要挑战。基于平均局部相位角(MLPA)和频率展开相位一致(FSPC)两种局部频率表达实现了对异源图像的非均态灰度和对比度反转不变的描述，并通过FSPC提取了图像间的公共结构信息；通过目标函数综合MLPA和FSPC的优势，对图像间公共结构信息分配更大的置信度；通过调整单纯型模拟退火算法，避免算法陷于局部最优解。大量真实和仿真实验证明了该方法能有效容忍图像间较大几何变形、景物差异和非均态灰度变化，改善了传统方法的配准精度和稳定性。

分析了复杂地面背景下序列图像检测弱小目标的困难, 研究了一种针对场景较复杂的运动弱小目标检测方法。首先将序列图像分割成等间隔的处理单元, 并利用最小二乘匹配进行坐标对齐, 然后使用Top-Hat算子处理图像并进行CFAR分割, 综合考虑处理单元中的每幅图像, 对固定背景干扰进行抑制, 最后根据运动弱小目标轨迹进行检测。进行了三组序列图像实验并绘制了ROC曲线, 证明该方法是一种有效的弱小运动目标检测方法。

最小二乘匹配(LSM)对全局灰度和几何畸变有较好的适应性, 得到了广泛应用和重视。但是该方法存在计算量大, 难以实时应用, 以及不能适应局部光照变化等问题。提出了不变系数光照不变最小二乘匹配, 通过固定法方程式系数, 大幅减少了单位迭代计算量。在实际中, 由于成像场景和光照条件的复杂性, 传统的以整体灰度变换模型近似图像间灰度变化往往会存在较大误差, 由于真实灰度畸变模型不易获取和计算, 该问题一直没有得到很好解决。提出了用光照不变描述替换原始灰度描述的方法, 实现了对局部灰度畸变的适应, 并将最小二乘匹配的迭代维数由8维降为6维, 进一步提升了计算速度。理论分析和真实数据实验表明, 该方法较之传统方法计算速度提升6.18倍; 几何变化和局部光照变化仿真实验证明了此方法对局部光照变化有较好的适应性。

基于生物视觉的center－surround机制，提出一种用改进的LoG(Laplacian of Gaussian)算子检测光团目标的方法。首先明确了光团目标的成像模型，分析了LoG算子的性质及其响应，接着提出了归一化的LoG算子。理论上指出该算子可用于检测光团目标。仿真和实验证明：该算子可以用于检测图像中已知大小和未知大小的光团目标，并且实用性优于其他常规方法。结合Kalman滤波和粒子滤波，该算子还可以用于序列图像中单目标和刚体的跟踪。理论推导和实验结果表明，该方法是稳健和高效的。

小目标检测是计算机视觉领域的一个研究热点。当仅对图像中不同尺度目标中的某些特定尺寸目标感兴趣时，传统方法将无法做出正确判断，而且当目标接近摄像机时图像上目标的尺度通常会发生较大变化，传统方法也难以适应。针对这一问题，提出一种基于正负LOG^[1]算子的小目标实时检测系统。新算法首先根据目标在短时间内所作的近似直线运动，利用Top－Hat^[2]算法在初始几帧图像中检测出真正的目标点，然后根据目标特性确定正负LOG算子的参数，最后利用确定的正负LOG算子对后续帧图像进行连续检测，确定真实目标位置。实验证明，该检测方法在实时性、检测准确性及抗干扰性上均有较好的表现。

介绍了在位相测量轮廓术中的一种相位修正及系统参数标定的新方法。对参考面(标定面)上点的位置－相位关系进行全场拟合，并根据该相互关系对参考面相位进行修正，能够非常有效地去除相位误差；提出的参数标定方法能精确得到投影系统参数的组合。实验证明了此方法具有良好的实用性和测量精度。

为了在相位轮廓测量术中更简便可靠地获取待测面的相位场，提出了一种利用双频投影条纹的叠栅特性进行全自动相位解包裹的方法。该方法通过分析双频投影条纹的条纹级数之间及相位之间的关系，推导了一套利用该双频条纹的相位主值获取真实相位场的公式。在利用这套公式进行解包裹时，各点的相位求取都是单独进行的，因此不会出现误差传递的现象；同时求解的相位场保持了相移法求解的相位精度。实验证实了该方法的可行性，并得到很好的测量结果。

为了进一步提高双频投影条纹的相位精度，提出以双频投影条纹的条纹级数为坐标建立级数坐标系的分析方法，使得条纹级数(或相位)及其误差的描述变得非常直观。在条纹级数坐标系内，利用贝叶斯估计的方法对相移法求解的条纹相位进行修正，使条纹相位精度得到进一步提高。仿真实验和真实实验证明了此方法的有效性。其中实际实验在利用本修正法修正后，相位均方误差从0.014 rad下降为0.009 rad，高度均方误差从0.058 mm下降为0.041 mm。

针对科研与工程中转角测量优于5″的高精度要求,提出了一种用直线做特征标志的基于图像的测量方法。用高分辨率相机采集被测物上长直线标志,通过高精度检测图像上直线的倾斜角度来计算转角。分析了基于图像高精度角度测量中出现的多种原来无需考虑的影响精度的因素。给出了角秒级角度测量时直线的拟合检测算法以及直线标志的成像宽度、长度、与采样方向的角度等参量的选择应满足的条件。仿真和实验结果表明直线宽度5～9 pixel,直线方向避开与采样方向成0°和45°角时角度检测精度达到最优,当直线长度不小于1000 pixel时测量精度优于5″。