复杂光学曲面的在位测量是当前精密工程领域面临的重要难题。偏折术对光学曲面的测量精度可与干涉仪相比, 而且拥有更高的测量效率、稳定性及动态范围, 因此具有广阔的应用前景。但是偏折测量本质上是一个标定问题, 其测量精度直接取决于几何标定的可靠性。本文结合单点金刚石切削机床设计了原位偏折测量系统, 采用机床中自带的气浮转台安装辅助反射镜, 在两个姿态下进行光线追迹, 通过数值优化计算各元件之间的相对位置, 将标定精度提高一个数量级。根据反向投影偏差的统计规律, 可有效分离工件的面形偏差与位姿误差。该方法有效利用了工件的名义面形信息, 将传统的位置 -面形单向映射转变为双向映射, 显著提高了在位测量的灵活性与效率。对于复杂的自由曲面, 采用子孔径拼接测量方法, 对待测的局部区域发展了精准定位技术, 有效保证了迭代重构过程的正确收敛。采用离轴抛物镜等光学曲面进行实验验证, 所提出的偏折测量方法的精度优于 150 nm RMS。

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。分析几何结构标定中校直误差与平面镜低阶面形测量误差之间的关系,给出描述校直误差与面形测量误差之间关系的灵敏度方程和权重因子,并通过模拟和实验结果对其进行验证。结果表明,校直误差会在面形测量结果中引入倾斜、离焦、像散和彗差等像差项,且面形测量误差与校直误差成正比。本研究有助于选择合适的偏折术系统结构,以提高低阶面形测量精度,同时可为偏折术测量中面形误差的评估和分析提供理论指导。

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。从数学模型、理论模拟和实验三个方面分析了几何结构标定误差与低阶面形测量误差之间的关系。给出了表示几何结构标定误差与面形测量误差之间关系的数学模型,并通过模拟和实验对其进行了验证。结果表明,几何结构标定中坐标平移误差会导致倾斜和离焦面形测量误差;被测面分别与相机和显示器之间的距离越大,几何结构标定的误差对低阶面形测量的影响越小。研究结果可以帮助设计合适的偏折术测量系统结构和提高低阶面形测量精度。

射线源焦点投影坐标是影响三维CT重建精度的重要几何参数，而在实际的三维CT成像系统中该参数不能直接精确测量得到。提出了一种改进的射线源焦点投影坐标精确测量方法。对单圆球目标体在锥束射线场不同位置进行多次成像，对相关联的数字化X射线摄影（DR）图像进行分组，提取每组两个圆球目标体DR投影的质心坐标，然后构造超定方程组，从而求解出射线源焦点投影坐标。实验结果表明，该方法回避了现有方法对投影椭圆度的要求，具有更高的测量精度，并且实现简单、具有较强的抗噪能力。

阐述了一种由二维精密转台、平行光管和CCD相机构成的光学实验室相机标定的方法.首先通过Hough变换和最小二乘模板匹配方法得到平行光管十字丝钣孔在CCD相机焦平面上的成像交叉点的位置,然后根据相机畸变模型,由最小二乘回归解算出内方位元素和畸变参数,实验证明该方法标定结果满足空三处理和测图精度的要求.

光栅投影式三维摄影测量仪利用了时域结构光投影技术和立体视觉测量原理获得三维点坐标.针对传统标定方法易受镜头畸变影响和标定约束方程少导致精度下降的问题,采用了非线性的摄像机和投影机模型,并提出了二维的投影机模型;使用多平面法标定了系统测量所需的摄像机和投影机几何参数;为进一步提高参数精度,采用Levenberg-Marquardt算法优化了摄像机和投影机模型.实验结果表明,该方法操作简单,无需精确的位置和姿态调整,标定的绝对精度为0.2 pixel,相对精度为1/5000.

为了解决三线阵CCD立体测绘相机内方位元素的几何标定问题,提出了一种实现相机亚像元精度内方位元素和交会角标定的方法.该方法利用光学高精度角度发生器和CCD细分测量相结合的检测方法,由最小二乘回归分析,实现相机内方位元素的标定,并通过扫描星点图像标定交会角.校飞实验的数据处理结果验证了该方法的有效性.