为了扩展准直测量的应用领域，提高测量范围是最为有效的手段之一，因此用于准直测量的鱼眼相机应运而生。针对准直测量用鱼眼相机标定精度不高的问题，提出了一种基于插值形式的径向粗标定及基于栅格形式的补偿精标定的两步式准直测量用鱼眼相机标定方法。该方法使用插值而并非构建成像模型，能够有效避免模型不准确及参数设置不合理而引入的系统误差，并且可以在一定程度上抑制镜片加工的非对称性及光学系统装调所带来的偏差。区别于图像评价的峰值信噪比(PSNR)以及结构相似性(SSIM)等性能指标，该方法选择的平均重投影误差(MRE)这一指标能够更有效地衡量准直测量使用条件下相机标定结果的优劣。仿真对比实验结果表明该方法在4种虚拟鱼眼相机模型上的标定效果皆优于传统标定方法，与传统的方法相比，标定的不确定度最大能够改善82.63%。样机标定实验结果表明，该方法能够有效标定真实的准直测量用鱼眼相机，在搭建的真实样机上应用该标定方法后，样机的入射矢量解算的不确定度能够提升至角秒级。

为提高离轴三反消像散（TMA）光学系统中次镜的制造效率和精度，开展了离轴凸非球面反射镜组合加工和零位检测的研究工作。首先，介绍了方形(298 mm×264 mm)高次离轴凸非球面反射镜的光学参数、技术指标和总体加工路线；其次，提出了铣磨加工工艺策略以及基于气囊和沥青的小磨头组合加工工艺；最后，阐述了光学零件抛光阶段采用的背部透射零位补偿检测法和Offner型零位补偿器，并采用光线追迹法对镜片的零位补偿检验面形畸变进行了矫正，最终面形RMS值为0.025λ（λ=632.8 nm），满足技术指标要求。上述组合加工工艺和背部透射零位补偿检测方案可以显著提升高次离轴凸非球面反射镜的加工精度和效率。

运动估计是解决线性测量系统下动态目标成像畸变问题的有效手段，然而空间失稳目标的非合作性和运动复杂性往往使得运动估计精度难以保证。为提高运动估计的准确性，提出了一种特征驱动的空间失稳目标高精度运动估计方法。该方法首先引入球面坐标建立一般空间失稳目标的自约束时空运动模型，将运动估计推演到高维空间进行非线性无约束求解。然后，根据真实解的存在唯一性，制定了两次异帧相似判别法则给出非线性求解的成功判别，提高运动估计的准确性和鲁棒性。最后，实验比较了不同条件下多类非线性求解方法针对本问题的求解效率，设计了一种基于初值精度划分的求解策略，进一步提高运动估计的效率。实验结果显示该方法最多采用15帧均可实现一般情况的高精度（<10^?5）运动估计，进而能够对成像畸变进行精准畸变矫正。

在机器视觉中需要对采集到的带有畸变的图像进行矫正。为了提高对畸变图像校正的实时性，针对使用FPGA实现图像畸变矫正算法时，存在的在线计算逆向映射坐标复杂和片上ROM容量不够问题，压缩了逆向映射表，并在FPGA上利用插值方法在线重建了逆向映射表。通过查找重建的逆向映射表来获取逆向映射坐标，从而降低了FPGA的在线计算量和片上ROM的容量需求。MATLAB仿真结果显示，当压缩参数n分别取4、8、16时都能够对畸变图像进行较好的矫正，并且图像信息不会丢失。仿真结果验证了算法的有效性，该算法可用于基于FPGA的图像畸变矫正。