研究了激光外差干涉仪中存在的频率混叠现象、误差形成机理和变化规律，重点分析了在共光路外差干涉仪中由激光光源的椭圆偏振化和Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜的安装方位角引起的频率混叠误差的大小及变化规律，对进一步提高共光路外差干涉测量精度具有现实意义。

针对一种新型的声光波干涉测量技术,对声光栅正弦结构光投射器的三维测量工作原理进行了系统的分析,讨论了影响投射器光学系统结构的因素和影响接收屏上的光照度的因素,并进行了光学系统设计。在优化设计过程中,采用了限制光线最大入射角的方法,达到控制投射系统的球差和保证接收屏上照明均匀的要求。所设计的声光栅正弦光投射器具有很好的成像质量。应用该系统对在500mm处的石膏像上投射干涉条纹,可以得到能量比较均匀、变形量很小的干涉条纹图,利用该条纹图和相关的算法可以对具有复杂几何形状的物体进行有效的三维测量。

为了实现强反射表面三维形貌的光学非接触测量,提出一种改进的投影栅相位法。分析了强反射表面的反射光特点及其对相位解算的影响,指出了反射光亮度范围与相机动态范围的不一致是导致传统投影栅相位法测量失效的主要原因;提出了亮暗条纹投射、多曝光时间采集图像和图像合成等技术,使相机亮度测量范围与强反射表面的反射光亮度范围相一致,并分析了此方法的可行性和适应范围。最后,给出了改进投影栅相位法的条纹投射与图像采集步骤。实验结果表明,改进的投影栅相位法克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗问题,能够成功测量出99.6%以上的三维点云,有效解决了测量点云缺失问题,能够实现强反射表面三维形貌光学非接触测量。

提出了一种适合于回转体刀具-钻头的激光视觉三维形貌测试系统，介绍了系统的组成和测量原理，讨论了系统中由于安装的倾斜和偏心等引起的测量光束不共面和多组测量数据不同心等问题。重点研究了将传感器坐标系中的测量数据转换到钻头坐标系中的标定方法，并对钻头中有标准圆和没有标准圆来确定旋转中心两种情况进行了讨论。实验结果表明：用本标定方法对钻头和标准圆横截面的形貌数据进行计算，其直径测量精度可达到10～20μm。

基于声光可调谐滤波器（AOTF）的高光谱成像光谱仪不同于传统的成像光谱仪，它利用声光调制的分光原理，在像面上得到空间信息和任意一个波段的光谱信息。但由于其分光原理和分光器件自身性能的特殊性，辐射定标的方法尚不成熟，辐射定标技术的精度和长期稳定性不能满足遥感应用的更高要求。结合AOTF高光谱成像光谱仪自身的性能和对辐射定标的要求，提出了基于探测器的定标方法和改进的数据处理算法，并对辐射定标的精度进行了分析。实验结果表明：定标后的成像光谱仪能够真实地反映地物目标的信息，有效地提高了成像光谱仪的信息定量化水平。

主要分析两束相互垂直的线偏振光经过金属反射镜反射后引起的椭圆偏振化的不对称性，并研究由此产生的非线性误差的变化规律，这对提高偏振光外差干涉仪的测量精度是极为重要的。

根据金属反射理论,偏振光经金属反射镜反射后会变成椭圆偏振光.本文研究了共光路干涉仪中偏振方向相互垂直的线偏振光通过金属反射镜后引起的椭圆偏振光的不正交性和偏心度,并研究了此偏振光经渥拉斯顿棱镜后引起的频率混叠误差的机理和变化规律.经矢量分析得到,该误差是一阶非线性误差,呈正弦规律变化,误差的最大值随安装方位误差的增大而增大.本文给出了具体的计算实例和误差补偿措施,对实现外差干涉仪的高精度测量是极为重要的.

本文将单摄像机与三坐标测量机结合设计了一种自由曲面的三维坐标测量方法.自由曲面的表面经坐标测量机带动摄像机序列采集图像后形成图像体积,然后使用调焦评价函数在图像体积内寻优判断,找到自由曲面的正焦图像表面.根据物像关系式和正焦图像表面即可推得自由曲面点的三维坐标.经实验比较,本系统测量结果与接触式坐标测量机测量曲面点Z坐标极限偏差13 μm.

共光路外差干涉仪具有很高的分辨率,但因为安装、调试误差会产生非线性误差,影响系统的测量精度.所以着重分析了影响激光外差计量精度的4个关键因素,即频率混叠、不同被测金属的相位跳变、被测表面的倾斜及物镜的数值孔径;利用激光外差及矢量分析理论,深入研究了频率混叠误差和相位跳变误差的成因、变化规律,并讨论了提高测量系统精度的有效措施.对正确设计和调试激光外差测试系统、提高测量系统精度具有重要意义.

为了控制反射式旋转对称光学系统中的偏振效应,对该类系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上,通过偏振光线追迹的方法,导出反射式旋转对称光学系统的偏振像差的计算公式,提出了反射界面产生的偏振像差的影响因子,对影响其偏振像差的因素进行了分析。实例分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的反射式旋转对称光学系统,要想提高其光学系统的性能,必须控制光学系统的偏振像差。提出尽可能减小入射角的大小,并通过薄膜设计减小偏振分离来降低系统中的偏振效应,是控制反射式旋转对称光学系统中的偏振像差的有效措施。