采用平行光成像的方式, 研制了基于线阵图像传感器的降水现象自动测量系统, 用于揭示大气降水物理特征及本质。首先, 根据降水粒子微物理特征和降水现象业务观测的需求, 设计了光学系统及高速线阵图像数据采集处理平台。然后, 针对降水观测系统连续运行条件下线阵实时采集数据量大、不便于传输及处理的特点, 利用现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现片内线阵数据实时二值化处理及编码传输。为消除平行光源性能漂移及传感器光强响应非均匀性等对成像阈值设置的影响, 保证长期运行测量精度和一致性, 设计了基于微处理器软核MicroBlaze的自适应阈值设置方案。在室内定标实验的基础上, 与翻斗雨量计进行初步观测对比试验。实验室定标结果表明, 系统最小分辨率优于0.1 mm, 实际同步观测累加降水量误差在15%左右, 两者变化趋势大致相同, 有较好的线性相关性。提出的系统满足降水现象自动测量对稳定可靠、自动化、精细化的要求。

为了使光电测量设备快速进入测量状态，减小因倾斜带来的测量误差，研究了一种光电测量设备实时调平补偿方案。根据光学成像理论，推导了物高、物距、像高、像距等参数之间的换算关系。然后根据倾斜特性建立了物体或成像系统倾斜时的实时调平补偿数学模型。利用数学模型确定的补偿算法和水平倾角仪测量的角度值，可对测量设备在一定倾角范围内倾斜时进行实时调平补偿。对此补偿算法进行了实验验证。实验结果表明，测量设备在水平倾角α为0.26°，β为1.197°的情况下，经过实时调平补偿后可将系统的测量误差由-0.17615％优化到-0.07787％，使光电测量设备可在倾斜的情况下保证测量精度。

为了提高光电测量系统对火炮重要静态参数——弯曲度的测量精度,提出了一种基于同心圆现场定标的实时畸变校正方法,并设计了一套自定中测量装置。首先调整测量装置中靶标的水平和竖直定位,消除偏心畸变;然后采用曲率估计的方法实时提取现场标定同心圆,对光学系统的畸变变化情况进行检测;最后根据检测对弯曲度的测量结果进行校正,进而实现弯曲的高精度测量。对焦距为6.00 mm 的弯曲度测量系统进行多点测试,实验结果表明：该方法具有较强的稳定性,校正精度高且实时性好,与传统的校正方法相比,校正后的测量偏差由±0.15mm 提高到±0.05 mm,且单点校正时间小于0.49 s,有效地提高了系统的测量精度。

在大视场光电测量系统中,光学系统产生的畸变使目标在线阵CCD上的成像偏离了理论成像点,导致系统产生测量误差。为了减小该误差,提高系统的测量精度,根据畸变产生机理,设计了由11个等距目标点组成的畸变检测装置。根据检测得到的系统实际畸变变化情况,需要拟合出系统测量时目标点在线阵CCD上成像位置的补偿方程。以检测装置测量拟合得到的三次补偿方程作为畸变校正的数学模型编写了测量校正程序,对光电测量系统进行了实验检测。测量结果表明,当目标物物高为200.115mm时,按照拟合的补偿方程进行计算补偿,可将畸变误差从校正前的-2.08mm提高到校正后的0.05mm,并使系统整体检测精度从1.039%提高到0.025%。