视觉信息是人类对周边环境进行感知的重要手段，光学成像和图像处理技术能大大扩展人类“视域”，使得人们获取图像的方式不局限于眼睛能见范围。散射效应导致光学成像装置的作用距离大幅下降，难以对远距离目标进行有效观测。人类对图像信息的感知，通常由对焦、校正和立体视觉形成，三个步骤互相耦合完成。其中，对焦和双目图像信息校正过程可以通过光学系统和数字图像处理的方法进行优化，提高强散射背景下的图像对比度，进而使得散射条件下的图像信息得以被感知和分析。然而，在目前技术条件下，机器立体视觉仍难以达到人类视觉水平，而人类视觉系统仍然是图像感知和分析的重要终端。可以预见，在低能见度条件下实现光学图像信息的精确获取与分析，仍需要实现人类视觉系统和机器的双重结合，发展包含人类视觉在内的立体视觉全局优化技术。主要介绍了在大气和水下浑浊条件下实现光学成像和实现图像融合的物理极限和关键影响因素，并展望人类的立体视觉在提高光学成像能力方面的作用。

基于双目立体视觉的系统模型,设计了一种新型的光笔, 提出了基于该光笔的匹配算法。由于光笔在测量时可以出现任何姿态, 必须对两摄像机像面上所成图像中的8个发光点进行匹配, 才能代入摄像机模型计算出8个发光点在左摄像机坐标系下的三维坐标, 通过建立8个共面发光点所在的平面坐标系与左摄像机坐标系的线性关系求得测头中心的三维坐标。实验结果表明, 系统在5 m范围内的空间长度测量精度达到0.159 mm ,基本满足大尺寸工件的现场检测需求。

发动机转子叶片叶尖到开半机匣内壁径向距离是衡量发动机质量是否合格的一个重要指标，其值的大小对发动机的高效安全运行至关重要。利用立体视觉原理、自动聚焦技术和边缘检测算法，设计了一套发动机装配过程中叶尖间隙静态测量装置。该测量装置实现了对发动机叶尖间隙的非接触测量，且操作简单，测量精度高。实验结果表明该套装置测量精度达到20 μm。

文章从双目视觉机理角度介绍了立体显示的相关原理，阐述了真三维立体显示的相关概念, 同时解释了基于体素的三维显示技术,介绍了国外真三维立体显示技术的最新发展情况，并介绍我实验室自主研发的固态体积式真三维立体显示器的最新研究进展。

在柱透镜光栅自由立体显示技术中,能否正确匹配系统各个参数的关系,直接影响着最终观看的立体视觉效果。对柱透镜光栅立体显示的成像原理进行了研究,通过几何方法推导了柱透镜光栅显示系统各个参数之间的关系,并且采用光学软件TracePro进行验证,结果表明可以实现立体视觉,最后通过实验进一步证实了实际显示效果与软件验证结果相吻合。表明了系统之间参数设计的正确性。

真三维立体显示技术是近年来新兴的三维显示技术，文章从人的视觉生理学角度介绍立体显示的相关原理，阐述真三维立体显示的相关概念。然后将目前的立体显示器进行分类，着重介绍目前现有的真三维立体显示以及其最新的技术发展情况。最后，通过比较这几种最新技术的优劣和应用领域，展望了自主开发真三维显示技术的可能性。

依据三角法建立了基于线结构光和对称式双目立体视觉的两种典型视觉传感器坐标测量系统数学模型。通过对坐标测量模型及传感器各结构参数之间的相互关系分析,研究了线结构光视觉传感器和双目立体视觉传感器坐标测量系统结构参数及其误差对系统综合测量精度的影响关系特性。在对各结构设计参数综合分析的基础上,提出了视觉传感器坐标测量系统结构参数优化准则,并给出了线结构光视觉传感器及双目立体视觉传感器坐标测量系统结构参数的一般性设计原则与方法。