数字图像相关(DIC)方法因其光路简单、适应性好在位移和应变测量中得到广泛应用,在大位移测量中提高DIC匹配速度尤为重要。提出一种改进的爬山算法,修正了传统爬山法易陷入局部极值的缺点,提高了搜索速度,使其适用于大位移测量。用模拟散斑图对改进算法进行实验测试和对比分析,结果表明:这种方法的总体搜索速度与精度优于传统爬山法,当步长改变系数选择恰当时,该算法能以较快的搜索速度得到正确结果。

为了改善自动对焦过程中爬山法的搜索性能和对图像清晰度进行更合理的评价,提出基于动态搜索步长的自动对焦算法和一种自适应图像窗口动态选择的图像清晰度评价方法。在用红外变焦镜头采集的多个变焦视频中提取图像,建立仿真模型比较了该方法和几种经典的对焦算法的性能差别,实验结果表明: 提出的对焦窗口搜索方法在视场中具有多个目标时,能进行更合理的评价；在进行对焦搜索过程中,本方法在过冲次数、最大过冲步数、行程步数和离焦程度这四个指标上具有明显优势,有效地减少了搜索过程中反复来回越过对焦位置产生的“拉风箱”现象,节约了搜索时间。

针对稳态匹配概率(Steady-State Matching Probability,SSMP)立体匹配算法在处理视差范围大的测试图中产生的空洞现象以及使用该算法后由于右视差图中的错误视差导致的左视差图中正确视差丢失问题，提出一种基于稳态匹配概率和半全局匹配(Semi-Global Matching,SGM)相结合的立体匹配算法。首先使用SSMP算法求取初始视差图。接着，使用基于爬山法颜色分割的填充准则进行填充。然后使用SGM算法重新获取视差图，将两幅视差图中一致的视差信息填充到经过左右一致性检测后的含有空洞的视差图中。最后，使用SSMP算法中的空洞填充和中值滤波得到精化后的视差图。实验结果表明，改进后的SSMP算法在Middlebury测试平台上第2版本的四组图像的平均匹配误差从538%减少到523%，第3版本部分测试图像的平均匹配误差从24.7%减少到21.5%，该算法能很好地处理上述问题，有效提高匹配精确度，且具有鲁棒性。

提出了一种全光纤光程差自适应控制方法，并成功应用于飞秒光纤激光相干偏振合成系统。建立的光程差自适应控制系统以现场可编程门阵列（FPGA）控制电路为硬件基础，基于爬山法设计了有效的控制算法，成功解决了光程差自适应控制与锁相控制相互干扰的问题。实验结果表明，系统可以完全补偿±60λ范围内的光程差漂移，具有良好的连续工作稳定性，可以满足飞秒光纤激光相干偏振合成系统中光程差自适应控制的要求。

针对水下距离选通激光成像图像模糊导致自动聚焦难的问题, 提出了多分辨率爬山自动聚焦法, 解决了系统实时聚焦问题, 获得了高清晰度高质量图片。该方法利用图像的多分辨率原理, 通过空间采样处理形成不同分辨率采样层, 减少数据量, 降低图像处理时间, 系统完成聚焦处理时间降低到约为传统方法的一半。进而利用帧间相关性对当前帧和相邻前两帧分别以0.5, 0.3和0.2的加权系数进行加权计算, 获得当前帧的边缘检测清晰度值, 近乎以100%正确率解决爬山法由于局部峰值干扰错误判断可能收敛到局部最大值而导致聚焦失败的问题, 最后利用爬山法实现自动聚焦。针对此方法进行多次选通系统实验验证, 结果证明: 该方法能够保证自动聚焦的速度和精度, 提高系统聚焦判定的实时性、准确性和鲁棒性。

自动聚焦是成像自动化的重要组成部分之一。为了提高聚焦精度、减少聚焦时间, 提出了一种图像模糊度和清晰度相结合的自动聚焦算法。在严重离焦的状态下, 首先计算图像的模糊度来确定聚焦电机的正确搜索方向, 再由图像的清晰度结合优化爬山算法, 确定准确的对焦位置。结果表明, 这种方法能很好地减少聚焦时间, 聚焦准确度高。

随着数码相机的飞速发展, 在实际应用中对数码相机的易用性和智能化要求越来越高。为了提高图像采集的准确性和简便性, 开展了自动对焦技术和算法的研究。通过对对焦平台的搭建, 在评价函数一定的情况下, 对爬山法驱动寻址算法步长减半进行了优化, 在保证准确性的情况下, 更快地实现了自动对焦, 减少对硬件的要求, 节省资源。结果表明, 该优化算法有一定的优越性。

瞄准偏差和光束抖动，会导致光束到达靶面能量的损失，是光束瞄准系统中两个最主要的误差。分析了以高斯光束和高斯抖动为基础的光束在照明目标时产生的光回波信号的特性；在此基础上，搭建了实验室平台，实现了基于二维爬山法的光束闭环瞄准，讨论了光束抖动对光束瞄准实时性的影响，分析了不同抖动强度下光束瞄准的精度。实验结果表明：爬山算法无需已知目标和光束分布的任何信息，即可实现光束回波闭环瞄准，且性能优良；但随着光束抖动的增加，其瞄准所需回波信号样本增大，瞄准精度降低。

针对光学透镜参数测量系统中的对焦问题，设计了一种粗精结合的复合自动对焦方案。在粗对焦过程中，选用全局图像的方差函数作为清晰度评价函数，用均值比较的爬山法实现焦面搜索，并用三点法判断初始对焦方向。在精对焦过程中，利用基于数学形态学的条件膨胀算法和形状因子提取目标图像，并以目标图像区域内的Brenner函数作为清晰度评价函数，用单点比较的爬山法实现焦面精细搜索。实验表明，该对焦方案不仅对焦精度高，还有较大的对焦范围，能够保证对焦位置包含在镜头景深范围内，且透镜参数的测量结果准确，稳定。

文章基于单模阵列光纤与平面光波导对准的理论模型，对在精确对准过程中常见的两种位置搜索法(爬山法和模式搜索法)进行了仿真模拟实验。仿真实验证明模式搜索法可以更快地搜索到最大光功率值，算法收敛性明显好于爬山法。