针对光电探测系统高指向精度要求，提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成，运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量，建立半参数模型，应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据，分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明：系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″，指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性，且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。

为了提高光电探测系统指向精度, 提出并对比基于参数模型和非参数模型的运动学标定算法。首先, 根据系统组成, 全面分析光电探测系统指向误差来源。接着, 针对参数模型, 运用多体系统理论建立系统指向误差模型, 并应用最小二乘法对模型进行标定。然后, 针对非参数模型, 应用双线性插值算法进行指向误差模型标定。最后, 搭建实验平台, 获得用于标定和验证的两组实验数据。实验结果表明: 经过参数模型标定, 指向精度从141.7″提高到22.2″;经过非参数模型标定, 指向精度从141.7″提高到27.9″。两种方法均能提高光电探测系统指向精度, 参数模型标定指向精度略高于非参数模型标定, 但是非参数模型运动学标定具有过程简单、计算量小的优势。

结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法，提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先，通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物，并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后，基于非参数化的光学畸变模型，采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场，并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后，利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置，验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数，并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明，采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%，能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。

调制传递函数（MTF）是高空间分辨率光学卫星相机的重要参数之一。提出一种基于周期靶标的直接检测方法，从遥感影像数据计算得到成像系统在奈奎斯特频率处的MTF值，同时利用参数化模型获取全频率的MTF曲线。试验结果表明，在均匀的暗背景上，沿遥感器的垂轨方向与顺轨方向上分别布设5组非整像素（地面像元分辨率）间隔的三线靶标，并在大面积靶标的配合下，可直接测得光学卫星相机的MTF值，检测误差优于5%，满足在轨检测的应用要求。