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。

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。

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。

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。

内窥镜图像测量中为了保证测量精度,理论上要求成像系统的光轴与物平面保持垂直,而实际测量过程中光轴与物平面一般存在一定程度的垂直倾斜。针对垂直倾斜对内窥镜图像测量的影响,提出了一种基于内窥镜发射的线定标光的垂直倾斜校正方法。该方法从线定标光的位置信息中提取光轴倾斜信息,并对图像进行校正。实验结果表明,所提出的图像垂直倾斜校正方法能对内窥镜图像进行准确校正。

针对航空发动机装配过程中叶尖间隙的测量，设计了一种影像测量系统，采用基于“PC+运动控制卡”的开放控制系统，通过PID控制实现对相机位置的精确控制。提出基于相机位置的精确快速完成相机标定，可在线准确测量出叶尖间隙值。相比其他光学影像测量系统及传统塞尺，该测量系统无需高精度标定参考物，可实现装配过程在线测量，测量范围为1 mm时误差小于20 μm。

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法，并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片，在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽，凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上，梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明，虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2，但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测，通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用，避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置，实验测得微梁的位移变化为650 nm。

随着测量技术的不断发展，现代工业对物体尺寸检测的准确性及快速性要求越来越高。文中提出了一种利用序列图像来测量物体几何尺寸的方法。使用数码相机获得标定模板的序列图像，通过直接线性变换(DLT)方法来标定相机内部参数，结合透镜成像的知识，对使用数码相机采集到的物体序列图像进行处理和测量，最终计算出物体的宽度和高度。实验证明，该方法简单实用，能够克服传统测量方式的缺点，并且快速获得较为准确的结果(误差控制在1%以内)，满足工业测量的要求。