针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求，研究了一种将“大数”和“小数”相结合，准确测量圆锥量规锥度的方法。介绍了锥度测量系统的基本原理及组成，给出了实验测量结果，分析了测量系统的不确定度。该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10″的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量“大数”部分的准确性，采用激光偏振干涉装置及精密回转工作台组成小角度测量系统保证测量“小数”部分的精度，而双光束白光干涉系统实现了测量位置的精确定位。实验和分析结果表明，该方法在不确定度置信因子k为2时，锥度测量系统的扩展不确定度约为024″，优于0.3″，可实现圆锥量规任意锥度的高精度测量。

研制了基于Y型腔结构的正交偏振氦氖激光器，介绍了该激光器的基本结构和基本原理。实验研究了该激光器的输出光模式、输出光功率、输出光频差调谐特性和频差闭锁特性。通过改变共用段反射镜上压电陶瓷的电压，观察了激光器闭锁状态时两偏振光光强随着总腔长调谐变化的规律，并分析了闭锁状态下不同偏振态纵模之间的相互作用机理。与以往产生双频激光的方案进行对比，分析了Y型腔正交偏振氦氖激光器的特点，给出了其在频差稳定性方面的优势和制约因素。实验结果表明，利用Y型腔结构可以实现氦氖激光器的频率分裂，激光器最大输出功率约为235.2 μW；通过调节共用段反射镜上压电陶瓷的电压可以线性调节激光器的输出频差；实验中激光器的频差为22~1 018 MHz，闭锁阈值频差约为22 MHz。

针对短波段成像系统中的散射问题，提出了一种基于反射镜表面粗糙度来计算极紫外太阳望远镜工作波段分辨率的方法。首先分析了两镜系统中散射光线的传播，讨论了反射镜表面粗糙度相对波长的比值与像面光强分布的关系。分频段测量了反射镜的表面粗糙度，利用k-相关模型拟合出全频段的一维功率谱密度(PSD)。数值计算结果表明：在1/D到1/λ(λ为入射光波长)的空间频率范围内，主次镜的有效均方根表面粗糙度分别为0.59 nm和0.77 nm。利用Zemax光学设计软件，建立了包含反射镜表面粗糙度测量数据的极紫外(EUV)望远镜非序列模型，该计算模型能够反映出反射镜表面散射对像面分辨率的影响，结果显示，在30.4 nm波段，包含80%的能量半径从3.9 μm增大到4.3 μm，望远镜在工作波段相应的分辨率为0.25″，满足设计要求。

针对胶粘固定的透镜会由于透镜、镜框和粘结层的材料热膨胀系数不匹配而在透镜内部产生径向应力，影响系统光学性能的问题，对无热粘结厚度进行研究以最小化甚至消除这种径向应力。首先，对现有的几种基于胡克定律推导的无热粘结厚度方程进行了分析对比，对粘结层提出了一种新的约束，并由此推导了一个无热粘结厚度的简化近似方程，通过修正粘结层轴向约束得到改进的近似方程。然后，采用有限元方法，对几个粘结层高宽比不同的胶粘透镜装配体进行了热应力分析，得出它们的无热粘结厚度仿真解。最后，将仿真解与解析方程计算的数值结果进行对比，指出解析方程的适用范围。对比分析表明：改进的近似方程适用于粘结层高宽比小于1/10的情况；高宽比在1/10~1/3之间时使用高宽比近似方程较好；简化近似方程适用于高宽比大于1/3的情况。结果显示，无热粘结厚度的解析方程在各自的使用范围内具有足够的准确性，能够满足各种工程应用的需要。

基于扩展奈波尔-泽尼克理论，分析了不同出瞳振幅分布情况对光学系统焦面处光强分布的影响。针对光学成像系统出瞳振幅实际分布状态，提出了一种新的测试光学波前的方法，解决了相位恢复算法中出瞳振幅分布不均匀和快速傅里叶变换引入计算误差的问题。通过测评实验，对一光学系统进行了测试，获得的光学系统出瞳波前(PV)值为0.196 5λ，RMS值为0.022 4λ(测试波长λ=632.8 nm)，此波前中主要含有像散、彗差和高阶像散等像差。该方法亦可用于分析光学系统出瞳振幅分布，数值计算其他焦面处的光强分布。测评实验证明了此方法的有效性。

针对等离子体诊断及空间环境探测等领域对软X射线透射光栅的需要，采用全息光刻和微电镀技术制作了自支撑软X射线金透射光栅。在基底与光刻胶之间增加减反膜层以降低高反射基底引起的驻波效应对掩模槽形的影响，使用全息光刻技术获得了侧壁陡直的光栅掩模。然后，在掩模顶部镀保护层并使用反应离子刻蚀获得电镀掩模，通过改变保护层厚度来调节电镀掩模的占宽比。最后，利用微电镀技术沉积金，成功制作了线条密度为3 450 gr/mm的自支撑透射光栅，光栅周期约为290 nm，占宽比为0.55，金吸收体为500 nm，光栅尺寸达到10 mm×15 mm。在国家同步辐射装置上，测得在5~12 nm软X射线波段其+1级透射衍射效率约为5%。

由于球面微通道板(MCP)的量子探测效率与极紫外(EUV)相机的灵敏度有关，本文研究了球面MCP量子探测效率的特点和测量方法。根据微通道板在EUV波段光电子产额的理论模型，计算了球面MCP在该波段下随不同入射角变化的电子产额。使用激光等离子体光源测量球面MCP在EUV波段的量子探测效率，搭建了球面MCP在该波段的量子探测效率的测量装置，测量了球面MCP在不同位置的量子探测效率随波长和入射角的变化曲线。实验结果表明，入射角为15°时的量子探测效率约为入射角为0°时的5倍。

对有中间像的长焦距离轴三反系统的杂散光特性进行了模拟分析，并提出了相应的杂散光抑制方法。通过正追和倒追的分析方式，确定系统杂散光的主要来源，找到系统的重要面；根据分析结果，提出了杂散光抑制措施，用系统重要面的变化定性评价杂散光的抑制效果。分析结果表明，采用抑制措施后很好地抑制了系统的一次散射杂散光。用点源透过率(PST)定量评价光学系统的消杂散光能力，分别计算东西、南北方向离轴角为±40°的PST值，并结合光机系统的应用环境对系统的杂散光抑制能力进行了定量分析。

研究了轻型碳化硅质反射镜坯体制造技术，讨论了制备工艺中的关键环节。提出了一种先进的消失模技术用于制备性能更加优异的背部半封闭式轻量化结构。针对制备大尺寸复杂形状陶瓷的难点，研究了SiC陶瓷素坯凝胶注模成型及成型过程中高固相含量低黏度SiC浆料的配置、浆料固化时间控制及大尺寸复杂形状SiC湿坯的液体干燥工艺等。测试分析了坯体烧结过程中素坯的热失重与差热曲线，制定了最佳的烧结工艺。通过对以上关键技术的研究，制备得到了不同形状与轻量化结构形式的单块轻型SiC坯体，最大尺寸为1 100 mm×820 mm。

利用一种样品空间层达亚毫米尺度的双面金属波导，将磁流体注入波导样品空间层作为导波层来研究磁流体的窄带滤波特性。首先将波长为1 550 nm的激光入射到波导表面，选择合适的入射光导模共振角，激发波导中的超高阶导模，使磁流体处于光波导的振荡场中；然后，应用超高阶导模的高灵敏度特点，将磁场施加在波导上改变磁流体的折射率，使波导耦合效率发生变化，通过接收波导反射光，得到波导的窄带滤波特性。实验中测试的入射光波长调谐在1 549440～1 549.585 nm，窄带滤波带宽为006 nm。当波长为1 549516 nm，所加磁场为0~519 kA/m时，获得反射光的变化达到119 dB。实验结果表明，该方法获得的滤波特性具有带宽窄、灵敏度高的特点。

对合肥国家同步辐射实验室(NSRL)引进、装备的螺旋型电磁波荡器进行了改造和性能研究，该螺旋型电磁波荡器被插入电子储存环的直线段，来产生高通量圆偏振相干光，提供一条真空紫外光束线，用于燃烧科学研究。基于NSRL改造后的光源参数，分析其同步辐射偏振特性，计算了该波荡器辐射出的总功率和功率密度分布，以及受其直接辐照的光束线前置环面镜的热载、温度场和由此导致的光学镜面面形误差。研究结果表明，在燃烧实验要求的光子能量范围内，聚焦镜在光束照射镜面内的热变形都不超过2 μm，最大面形误差约为1 μrad，能满足实验要求.

针对1 000 mm焦距透射式光学系统面阵相机，设计了一种高频大面阵焦平面快门。为了满足长焦距航空成像系统高分辨率和宽覆盖的要求,新设计的焦平面快门结构采用单帘幕多缝式设计，通过两个快门正交布置，电机带动齿轮同步驱动，使得两片光学拼接的面阵CCD同时曝光。数字信号处理器(DSP)根据编码器反馈的帘速信号来控制电机转速，保证CCD均匀曝光。实验结果表明，快门曝光时间在1/200～1/1 000 s连续可调，拍照帧频最大可达4 frame/s，快门寿命大于20万次，曝光均匀性在±8%以内，满足大面阵CCD相机成像要求。

构建了一种可快速大面积测量光栅表面微结构的原子力显微镜(AFM)系统，研究了不同扫描模式下扫描速度对测量结果的影响。分别测量了微悬臂探针在恒高模式与恒力模式下的频谱，获得了这两种模式下微悬臂探针的有效带宽。基于恒高模式与恒力模式，在不同扫描速度下分别测量了光栅微结构表面上的一条直线与一个圆周，进而分析了扫描速度对测量结果的影响。基于该AFM系统，采用恒高模式下不失真扫描速度对光栅微结构表面进行了快速、大面积三维形貌测量实验。实验结果表明：测量光栅微结构表面上直径为4.0 mm的圆形区域所用时间仅为40 s。当扫描速度不超过微悬臂探针有效带宽所对应的速度时，所构建的AFM系统可无失真地实现微结构表面的快速、大面积测量。

为提高同步辐射压弯镜面形精度，降低水平偏转压弯机构及镜子自重对压弯镜面形的影响，分析了影响压弯镜面形精度的因素，并提出了一种有效的重力平衡补偿方法。在研究水平偏转压弯机构压弯机理的基础上，对压弯镜面形进行误差分析；针对光束线中使用的压弯聚焦镜，利用有限元方法分析了影响面形精度的主要因素；最后，根据水平偏转压弯机构特点及误差分析结果，提出了重力平衡补偿方法。研究显示，镜子自重和冷却装置的重力对压弯镜面形的影响主要表现为柱面镜母线的弯曲，驱动杆重力对压弯镜面形的影响主要体现在子午斜率误差上。利用重力平衡方法对压弯镜面形误差进行补偿，结果显示，柱面镜母线产生的斜率误差均方根值由13.14 μrad减小到0.15 μrad，镜面在子午方向的斜率误差均方根值由8.21 μrad减小到0.86 μrad。由此表明，压弯镜面形误差分析及补偿方法行之有效，显著提高了水平偏转压弯镜的面形精度。

针对目前高速扫描型原子力显微镜(AFM)主要是限于物检测且扫描速度和扫描范围均有待提高，提出了一种高速原子力显微镜结构设计方案。在压电陶瓷致动器驱动的柔性铰链结构式位移台的基础上，构建了AFM大范围扫描器，使原子力显微镜在x-y扫描方向的运动范围达到了100 μm×100 μm。通过傅里叶频谱分析，计算获得了AFM扫描器常用的三角波驱动信号和正弦波驱动信号的高次谐波特性及其对AFM高速扫描成像的影响程度。为了消除在扫描运动过程中的机械自激振荡，提出了将正弦波信号作为高速扫描的驱动信号,行扫速度达到50 line/s。在正弦波驱动的基础上提出了一种基于位置采样的图像获取方法，有效地减小了AFM扫描器的非线性误差造成的图像畸变现象。

为了降低微机械隧道陀螺仪系统的非线性，增大器件的带宽并提高系统的信噪比，隧尖与相应隧道电极之间的隧道间距应控制在1 nm附近，且其必须在闭环模式下工作。本文鉴于线性二次高斯(LQG)控制理论的抗干扰特性和鲁棒性以及哥氏加速度的时变特征，采用时变卡尔曼滤波器和LQG最优控制器串联而成的LQG预测控制策略设计了隧道陀螺仪闭环控制系统。首先，根据隧道陀螺仪的工作原理设计了总体控制方案。然后，在建立隧道式陀螺仪的扩展动态方程的基础上，设计了LQG预测控制器的两个串联环节即时变卡尔曼滤波器和状态反馈调节器。最后，通过Simulink建立了隧道式陀螺仪的LQG预测控制系统并进行数值仿真。结果表明，即使输入角速度是缓变的随机信号，LQG预测控制器也能将隧道间距维持在1 nm附近。控制系统能够精确地估计欲测量的输入角速度，估计精度达到10-4 rad/s。

为使神光Ⅲ主机装置的打靶精度达到30 μm，本文以稳定性指标为前提设计了该装置的靶场编组站，并对编组站刚架和传输反射镜组件进行了优化。采用钢筋混凝土结构支撑编组站刚架，在编组站刚架主框架内增加斜撑，以减小并合理分布编组站刚架的质量载荷，同时对局部的横梁增加人字形斜撑。设计了反射镜架且使其基频远高于编组站刚架基频以抑制编组站反射镜在随机宽频振动激励下的角度漂移。对靶场结构有限元(FEA)模型的力学分析表明，编组站中87％的传输反射镜的角度漂移低于0.48 μrad，根据靶场系统中各元件漂移对光路定位误差的影响公式进行分析，结果显示编组站反射镜角度漂移可以满足靶场各单条光路定位误差不超过12.9 μm的稳定性指标，证明所设计的神光III主机装置编组站可以满足相应的稳定性要求。

设计了一种基于视觉的激光电子经纬仪跟踪引导系统来提高电子经纬仪工作效率，实现其在大空间范围内目标点的动态测量。介绍了跟踪引导系统结构组成并分析了外置扫描设备以及激光电子经纬仪的运动特性。建立扫描设备运动学模型，说明了利用空间坐标转换关系，通过光轴搜索法实现了经纬仪激光点自动引导的策略。然后，给出了镜头的变焦控制方法。最后，提出了基于扩展Kalman滤波估值的运动目标动态跟踪方法，将动态目标物与经纬仪激光点同时定位于摄像机视场中心区域。实验结果表明，所提方法能够正确预测估计运动目标状态，经纬仪激光点引导精度最终可达0.08 (°)/m。该系统结合了激光跟踪动态测量以及电子经纬仪不受测量目标类型限制的优势，实现了基于激光电子经纬仪的传统空间角度交汇方法在动态精密测量领域的应用。

采用直径为300 μm的激光光斑对TiN涂层表面进行微尺度激光喷丸强化处理以进一步提高TiN涂层的表面性能。利用光学轮廓仪和纳米力学测试系统测量了不同激光工艺参数作用下TiN涂层喷丸区域的表面形貌、纳米硬度及弹性模量分布。结果表明，喷丸区域形成的圆锥形凹坑最大深度约为12 μm，纳米硬度和弹性模量在喷丸中心处变化最大，并在一定范围内随着激光能量的增大而增大，当激光能量为250 mJ时，两者最大，分别达到5021 GPa和4028 GPa，与初始状态相比分别提高了140%和439%。

针对偶件装配对同轴度的要求，提出了一种基于柔性解耦梁和显微视觉技术的同轴定位调整系统。为满足同轴度在线调整和轴套的位姿保持，设计了一种“田”字型两自由度柔性解耦梁机构，并结合微动平台和夹具来实现同轴度调整时零件轴的精确定位。根据力学原理，建立了柔性梁的刚度模型，结合有限元法进行仿真分析，确定出梁的结构参数尺寸。对同轴定位调整系统中的显微视觉功能和过程进行了设计，并通过Hough算法实现精密同轴定位的实时检测功能，计算出同轴偏差作为调整的数值依据。大量的同轴定位调整实验显示，同轴度定位精度优于8 μm，同时大大提高了装配效率。结果表明，该定位调整系统为器件的装配提供了精确的定位参数，可以准确、高效地实现定位装配。

提出了直线超声电机异步并联的概念以提高精密定位平台驱动单元的位移分辨率、输出力及速度。基本原理是若干定子(或振子)在一个振动周期内交替驱动动子(或转子)，使实际的驱动频率成倍提高，可以获得更好的输出性能。分析显示，提高定子与动子之间的接触频率可以提高输出力和速度，改善瞬态响应特性，并可避免同步并联方式下定子的相互干扰问题。两种电机异步并联的实验结果表明，两个定子异步并联时的最大负载力比两个定子同步并联提高了30%以上，比两个定子单独驱动时的推力之和提高25%以上。最小分辨率测试实验表明，异步并联时最小位移分辨率达到32.6 nm，是单个电机的62.8%，是同步并联的38.5%。单驱动头电机的实验还表明，异步并联时空载直线速度比单个定子和两个定子同步并联时都提高了10%以上，最大效率比两个定子同步并联驱动时提高约50%，瞬态响应时间比同步并联更短，约为单个定子驱动时的50%。

基于光、机、电一体化的设计思想，研制了一套高精度扫描镜机构，用于提高空间相机对某些特定暗目标的观测能力。首先，根据相机总体下达的性能指标，讨论了可行的驱动方案，确定了以步进电机为核心的系统控制方法。然后，介绍了驱动单元、精密轴系和扫描镜支撑结构3项关键技术。最后，给出了扫描镜机构的工程分析结果并进行了相关例行试验。试验结果表明：设计的扫描镜机构定位误差优于40″，在工作速度范围内相对速度精度优于7%(均方根值)，主轴径向跳动误差为2 μm，满足了空间相机对扫描镜机构在稳定性、位置和速度精度、体积、重量等方面的要求。

为了避免或减少脊柱外科手术中过度牵拉神经根造成的医源性神经功能损伤，将硅压阻式压力传感器应用于手术器械神经拉勾上来量化术中对神经根的牵拉程度，以提高脊柱疾病的手术治疗成功率。在神经拉钩接触神经根的部位安装压力传感器，测量神经根被牵拉时所受压力。利用白兔和山羊进行不同程度和时间的神经根牵拉实验，并同时用肌电图监测不同牵拉情况下神经根电生理反应的变化。牵拉平均压力变化约14 kPa时，潜伏期变化率为1.12%，波幅变化率为21.21%，表明被牵拉神经根的轴索部位有损伤；牵拉平均压力基本相同时，牵拉持续时间越长，神经根功能受损程度越大。牵拉的时间和加载在神经根上的压力与神经功能损伤程度正相关，表明通过实验建立了神经根所受压力与相应电生理反应的联系，有助于在今后的研究中进一步明确神经根牵拉的安全阈值。

对视频卫星实现对地凝视成像时的数学模型、姿态跟踪控制器设计和全物理仿真进行了研究。首先，根据卫星轨道运动与姿态运动相关理论，推导了对地凝视时视频小卫星相对轨道坐标系的期望四元数和期望姿态角速度的变化规律。设计了基于误差四元数和误差姿态角速度的PD控制器，并采用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性。然后，以在曝光时间内的面阵CCD成像偏差不超过0.3 pixel为要求，给出了姿态角控制精度和姿态角速度控制精度的最小极限值。最后，在设计的基于小型三轴气浮台的小卫星姿态控制系统全物理仿真平台上对视频小卫星凝视摄像进行了仿真验证。实验结果表明，小型三轴气浮台的姿态角控制精度优于0.1°，姿态角速度控制精度优于0.01(°)/s,基本满足视频小卫星凝视时面阵CCD高质量成像的要求。

针对惯性约束核聚变实验装配冷冻靶中靶丸与充气管零件时对用胶量的要求(3 pL)，对时间/压力型pL级微点胶技术进行了研究。将细胞实验用的微注射器改造成时间/压力型微量点胶机，并使用针尖最小内径为0.5 μm，由石英材料制作的毛细针进行点胶。搭建了一个微点胶实验平台，设计了分辨率为1.57 μm的双目显微视觉检测系统，对毛细针尖的位置和胶滴大小进行实时检测，并使用分辨率为3 μm的三自由度微运动平台对针尖位置进行控制。介绍了微点胶实验平台的硬件组成、控制系统以及点胶流程，并在该平台上进行了胶量控制、胶滴定位实验和胶斑测量实验，研究了影响胶量控制的主要因素和最小可控胶量等关键微点胶工艺。实验结果表明，在常温下使用黏度为5P的紫外固化环氧胶，该平台可实现的最小点胶量为2 pL，可用于需要pL级点胶的微装配中。

高质量、低成本的压印模板的获得是采用纳米压印技术制作分布反馈光栅的难点，本文采用双层金属掩模及lift-off金属剥离方法制作了适用于紫外压印技术的石英基压印模板。首先，采用电子束光刻技术在镀钛的石英基片表面直写出DFB光栅的光刻胶图形，接着，在其表面溅射一层金属镍并进行金属剥离得到与光刻胶相对的图形，最后采用电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术将光栅图形转移到石英基片上，并对模板的表面进行了防粘连处理。所制作的DFB光栅压印模板周期为200 nm，光栅中间具有λ/4相移结构，适用于1 310 nm波长的相移型DFB半导体激光器光栅的制作。

为降低摩擦对光学精密伺服转台速度跟踪精度的影响，提出了基于LuGre模型的转台摩擦参数辨识和补偿方法。首先，分析转台在自由减速过程中的速度过零现象，采用遗传算法拟合减速曲线从而获得转台摩擦参数和转动惯量；然后，通过仿真实验验证辨识方法；最后，利用辨识得到的参数计算摩擦补偿并叠加到转台速度伺服系统。实际实验系统的数据更新率达1 kHz，已实现了速度-电流双闭环控制。实际拟合实验中，拟合与实测速度曲线的误差均方差为2.9×10-3rad/s；速度跟踪实验中，对于幅值为0.032 4 rad/s ,频率为0.5 Hz的给定正弦信号，摩擦补偿消除了波形失真，系统速度跟踪误差的均方差减少27%。实验表明，用该方法测量转台摩擦参数精确度高，基于辨识参数的摩擦补偿可提高光学伺服转台低速低频段的速度跟踪精度。

为了提高动态图像序列中人脸轮廓跟踪时梯度矢量流(GVF)Snake算法的实时性，同时解决人脸跟踪中的遮挡问题，提出了GVF Snake和单变量一阶灰色模型GM(1,1)相结合的人脸轮廓提取方法。该方法首先利用人脸运动信息和肤色模型粗略地检测出运动人脸轮廓，然后采用GVF Snake算法将人脸轮廓精确地提取出来，从而有效解决GVF Snake算法的初始化问题。根据人脸轮廓运动的整体性，利用GM(1,1)模型预测人脸轮廓质心的位置，并以预测位置作为GVF Snake的迭代依据，同时将GVF Snake提取的人脸轮廓质心位置作为下一帧图像GM(1,1)模型的预测依据。存在遮挡时，则以GM(1,1)模型预测保持跟踪的连续性。实验结果表明，该算法跟踪的平均时间仅为GVF Snake算法的8.0%，平均跟踪误差仅为GVF Snake算法的31.2%，而且能更好地反映人脸轮廓的运动规律，跟踪实时性强，鲁棒性好。

针对柔性三坐标测量机测量精度低的弊端，提出了误差修正和参数标定的方法。应用Denavit-Hartenberg(DH)法建立了柔性三坐标测量系统的运动学模型和误差模型，考虑系统结构参数标定问题，提出了一种基于优化最小二乘法的改进遗传算法。首先，在最小二乘法中引入变化因子来衡量收敛速度；其次，当该因子趋于稳定时，将产生的次优解作为遗传算法的初始群体，并对一般遗传算法进行改进；最后，根据改进的遗传算法进行搜索、计算，得到满足要求的最优解，完成系统结构参数的标定。实验表明：该方法具有收敛速度快、鲁棒性好等优点。

提出了一种基于序贯相似检测(SSDA)的快速鲁棒基本矩阵估计算法来估计基本矩阵。在最大后验一致性(MAPSAC)算法中引入SSDA搜索最优模型参数，通过及时剔除错误模型减少计算成本函数的累加次数，不仅保持了MAPSAC的良好鲁棒性，而且有效减少了算法的计算量。用M估计算法对改进的MAPSAC算法获得的初始内点集进行优化，剔除估计余差较大的内点，并用优化的内点集求解基本矩阵，进一步提高算法的估计精度和鲁棒性。实验结果表明，该算法不仅估计精度较高，鲁棒性较好，而且平均处理速度比MAPSAC算法提高了30%以上，基本满足三维重建、匹配和跟踪、相机自标定等应用领域对实时性、鲁棒性和精度的要求。

为去除计算层析(CT)图像中的环形伪影，提高CT图像的定性分析能力和定量测量精度，提出了一种改进的Canny算法用于环形伪影校正。首先采用S-L滤波器对原始投影数据进行滤波，增强伪影信息。接着，设定角度阈值对梯度方向进行限制，排除斜角方向边缘的检测，实现竖直方向边缘点检测。然后，设置梯度阈值和链长度阈值实现伪影边缘点的检测与连接。最后，采用分段B样条拟合法对投影数据进行校正，实现多个连续的环形伪影去除。对含有环带伪影的实际CT图像进行了校正实验。结果表明，校正后CT图像环形伪影去除干净，且细节区域的标准差基本没有变化，均匀区域标准差减小，信噪比增益达2.182 dB。该方法既可以校正多个相连的环形伪影，也可以校正单个分散的环形伪影，同时还可较好地保持图像细节和分辨率。

考虑在双目立体视觉匹配算法中置信传播算法虽然能获得较好的视差图但匹配速度较慢，本文提出了一种基于置信传播的并行匹配方法。该方法以置信传播为基础，采用并行机制来提高匹配速度。首先，利用最优边缘算法计算图像中的边缘信息；然后，利用边缘信息将整个待匹配视图切割成若干小的区域，使用OpenMP多核优化算法并行对各个小区域进行匹配；最后，合并出整个视差图。使用Meddlebury测试平台提供的立体图对进行了实验。结果表明，在保证匹配准确率的前提下，置信传播算法将匹配速度提高了3.51倍，为立体匹配的实际应用奠定良好的基础。该方法在具备多核处理器的嵌入系统中也有良好的应用前景。

针对机器视觉在某些应用场合对摄像机内外参数的需要，提出了一种基于内嵌正交权值矩阵神经网络的摄像机标定方法。首先，使设计的神经网络的权值分别与摄像机的外参数和内参数相对应，即使得所设计的神经网络与摄像机的物理模型一致。正交权值矩阵的生成在迭代中相当于遗传算法的上一次变异，系统的性能指标为由网络输出组成的矢量与对应特征点投影于图像平面的齐次坐标差值2-范数的平方。同时引进混合遗传-模拟退火算法，使得系统在达到平衡状态时可根据神经网络的权值完成摄像机内外参数的标定。实验结果表明，该方法具有较好的鲁棒性，且标定精度高，算法简洁，是摄像机内外参数标定的有效解决方案。

使用常规CCD设计了高速相机系统，并解决了相机高速工作方式下的一系列难题。介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-0340DM的工作原理，采用高度集成视频处理芯片来产生各高速时序信号；通过提高驱动芯片与线路板的热传导效率增加有效散热面积从而降低芯片的温升；建立了高速运放电路的自激振荡模型，并采用有效方法克服了自激振荡；采用串并转换的方法降低了数据整合的难度，通过压缩图像数据的消隐期对输出数据进行异步降频并使用Camera Link接口来传输数据。实验结果表明，该相机系统工作时驱动器温升仅5.2℃，信噪比>40 dB，动态范围不低于60 dB，可在4种分辨率下工作，当分辨率为640×480时，可在时间延迟积分(TDI)方式下工作。当相机的分辨率为228×164，帧频为1 000 frame/s，基本满足高速摄像的应用要求。

对遥感相机成像电子学系统进行了温度适应性设计，以使其在温度大范围变化时或电路存在局部温差时均能实现高质量成像。分析了成像链路中的温度延时因素，提出了温度适应性设计方案和相关双采样(CDS)位置的初始精密对准方法，并进行了实验验证。该方法将CCD驱动器的输出经分压整形处理后作为双采样信号的时序基准，从而使双采样信号具备自适应跟踪能力；利用RC电路低通滤波特性对双采样初始位置进行精密对准，最后，在-35~75 ℃对改进后的遥感相机成像电子学系统进行了高低温实验。结果表明：双采样初始位置的延时调节精度达到了0.15 ns；在实验温度范围内，双采样偏离理想位置的延时最大值仅为0.72 ns,相机成像质量达到指标要求，满足空间应用需要。

针对三维集成成像与显示技术中光学阵列式物体三维信息获取的要求，提出了一种确定最佳记录距离的新方法来减少相邻成像单元间的干扰和三维再现过程中的串扰现象。通过分析大小不同的物体在不同记录距离处的物点成像率和像点利用率，确定了合理的记录距离。分析结果表明，对于特定的集成成像系统，该新方法确定的最佳记录距离处的物点成像率和像点利用率的乘积比传统方法均有较大提高，最大可以提高34倍。另外，通过光学实验实现了完整且细节丰富的三维图像再现，进一步验证了这一方法的正确性。该方法同时适用于透镜阵列和照相机阵列的三维信息获取。