相机链式路基沉降监测系统通过图像式测量的方法可以实现高精度、非接触的铁路路基沉降监测。图像式测量的精密性和灵敏性对准确快速评估系统性能提出了要求，需要变定期维护为动态维护，提出了利用光斑图像质量反映系统性能的策略。引入了边缘清晰度、相对亮度、图像信息熵、光线垂直程度4个参数用以评估光斑质量，应用层次分析法和熵权法确定上述参数所占权重，构建了光斑质量综合评价模型，完成了模拟实验和现场实验。模拟实验结果表明，该模型能很好地跟踪光斑图像质量分数变化，具有较好的灵敏性；现场实验结果表明，该模型评价光斑质量结果准确，分析得出设置质量分数阈值为0.95，定位误差小于1 mm（沉降测量规范中允许误差范围）。当光斑图像质量分数持续未达到阈值且超过静置时间时，系统需要维护，实现了系统状态实时监测以及动态维护功能。

为研究机制砂粒形表征方法及特点, 采用集料图像测量系统(AIMS)和数字图像处理(DIP)技术测试了5种机制砂的颗粒形态。基于现有研究存在的不足提出了一种改进的粒形测试方法, 并研究了不同粒形表征参数之间的关系。结果表明: 随着粒径范围从大到小, 机制砂的棱角性呈先增大后减小的趋势, 而二维形状值无明显变化规律; 0.3~0.6 mm的机制砂可以反映整体粒径范围的棱角性; 通过单次投影进行图像处理获取的粒形参数有较大的波动范围, 无法准确判断机制砂的颗粒形状; 纵横比与凹凸度有较强的相关性, 粗糙度与纵横比、圆度、凹凸度的相关性较强, 而分形维数与其他几种参数都不具有相关性; 通过改进的DIP技术得出的粒形评价结论与AIMS得出的评价结论一致, 具有一定的可行性和推广价值。

车载抬头显示系统（HUD）通过挡风玻璃反射形成虚像，由于存在光学系统像差，实际虚像并非呈理想平面分布。在现有HUD虚像测量方法中，虚像被视为垂直光轴的平面图像处理，这与实际情况明显不符。为了解HUD虚像的特点，提出利用光线追迹求解最小弥散圆位置来确定眼动范围内HUD虚像像点三维坐标的方法，由此得出不同位置处观察的HUD虚像形貌；进一步建立了基于双目视觉的HUD虚像测量模型，分析了双目基线和相机参数对测量误差的影响，最后对实际HUD虚像进行了三维坐标测量实验。实测虚像形貌与仿真结果基本一致，整体平均相对误差为2.5%。本文方法可以进一步应用于增强现实HUD系统等虚像的三维形貌测量。

基于线阵CCD的图像测量技术是当前工程应用中的一个重要领域, 针对当前高精度大动态范围测量和标准线阵CCD测量范围及线阵CCD几何结构之间的矛盾, 提出了一种高精度大范围的线阵CCD测量拼接方案。利用半反半透镜平面反射原理设计了双线阵CCD高精度拼接的光学拼接系统的光机结构原理, 给出了重叠像元的标定原理, 对其标定和拼接误差进行了分析。通过拼接系统的实验室长期实验结果表明: 方案拼接简单, 实用可靠, 系统的整体拼接误差约为0.019mm,且拼接不存在漏缝现象, 拼接精度满足高精度测量的要求。拼接方案对高精度、大动态范围CCD测量实际应用有一定的参考意义。

为解决工业计算机层析成像(CT)图像的伪影和弱边缘问题,提出一种基于小波变换的图像区域可伸缩拟合能量最小化分割方法,实现图像边缘的精确定位,从而提高图像测量精度。首先,采用小波变换对图像进行预处理,降低金属伪影。然后,采用所提方法精确分割图像,提高感兴趣区域边缘的定位精度。实际数据测量结果表明,所提方法可有效降低图像弱边缘的影响,测量相对误差低于0.7%,相较Chan-Vese算法,测量精度提高了1.4倍,满足实际测量需求。

针对红外弱目标跟踪问题, 提出箱粒子标签多伯努利多目标检测与跟踪(Box Particle Labeled Multi-Bernoulli Detection And Tracking, BOX-LMB-DT)算法, 该算法首先通过使用均值滤波对获得的灰度图像进行降噪处理; 其次, 通过将所有像素处依强度大小进行排序, 选出强度较大的区域作为当前时刻的区间量测; 最后利用箱粒子标签多伯努利滤波(Box-Labeled Multi-Bernoulli Filter, Box-LMB)器对目标进行跟踪.仿真结果表明, 所提箱粒子标签多伯努利多目标检测与跟踪算法能够对多目标的航迹和状态进行稳定有效的跟踪, 且在相同条件下, 相较于区间量测下的LMB粒子滤波, 达到相同的跟踪性能时BOX-LMB滤波运算效率提升了22.59%.

为了满足对多个目标的全视景监视和跟踪需求,给出了一种基于多探测器的全视景多目标监视及跟踪系统设计方案,该方案利用视频拼接技术和多目标跟踪算法,实现对目标的360°监视和跟踪,并实时输出目标的位置信息。首先对比了四种实现全景监视和跟踪的技术途径的优劣,确定采用多探测器拼接技术构成全景监视和多目标跟踪系统,接着介绍了上述全景监视和多目标跟踪系统的组成和原理,给出系统设备在厂内和外场的试验验证效果,试验结果表明系统监视和跟踪效果满足设计要求。该系统满足军、民用全景监视和多目标跟踪领域的使用需求。

针对某型飞机飞行试验中,无法采用常规机载影像测量方法精确计算飞机滑跑过程偏心定位距的问题,设计了一套基于地面多像机视场拼接的影像测量方案。通过在跑道边多点交错布设高速像机阵列,组成高速像机测量控制网,实现飞机滑跑过程影像的全覆盖；采用多摄像机交会接力测量以及数据拼接的方式,实现飞机偏心定位距的测量。实验仿真结果表明,采用该方案偏心定位距最大测量误差不大于3 cm,满足飞行试验精度要求。

星敏感器是一种精度达到角秒级的空间姿态测量装置，它的成像组件包括光学镜头和图像传感器(以CMOSAPS 为主流)。本文主要关注星敏感器APS 的装配，从理论上推导了APS 的空间位姿参量对计算观测矢量的影响，从而提出了一种在装配过程中控制及标定这些参量的方法并研制了相应的实物系统。测试数据表明，该系统对倾斜的两个分量的标定重复性误差分别为±1.05″和±1.09″，对滚转的标定重复性误差为±9.4″，对偏心的两个分量的标定重复性误差分别为±0.53 μm 和±0.55 μm。

为了能精确得到被测物体的几何参数,设计了一种采集物体图像的双远心光学系统,并通过数字图像处理技术对物体尺寸进行测量。用Zemax对系统进行优化,分析了系统的像差和传递函数,所设计系统的工作距离大于74 mm,物方视场直径达到80 mm,畸变小于0.11%,CCD全视场190 lp/mm处传递函数大于0.3。分析了光学系统的放大倍率稳定性和测量误差,并对小零件进行了测量,测量误差在允许的范围内,符合测量要求。