视觉是人类感知世界、获取信息的最主要手段。由于现代社会的生活方式：电视的普及、视频的应用、信息网络化将人们紧紧地束缚在屏幕前，长时间用眼、自我预防及保护意识差导致视力问题易发、高发。人们对自己视觉质量与眼睛健康和保健防护的诉求越来越高。但是，国内现有的视觉矫正服务资源及品质却非常有限，仅以屈光矫正方面为例，在中国的5至15岁未成年人中未得到有效矫正的比例高达85%，远远高于欧洲等地的其它国家。造成这种现状的主要原因之一是现有的国产屈光检测设备的研究比较薄弱，从而引申出我的研究课题“眼-镜屈光参数测试系统工程的研究”。本文以视光学检测设备为研究对象，以视光学、眼镜光学、计算机学为理论基础，分析了现有国产设备与国外设备在测试技术上存在的差距，对眼-镜屈光参数测试系统中的光学轨迹变化规律，以及相应数学模型的建立进行了如下研究：（1）研究了人眼角膜定位及角膜屈光参数的修正算法。分析了现有基于图像几何特征定位及测量人眼角膜参数的算法，提出该算法对测量带有散光角膜的不适用性，并推导在现有算法的基础上增加角膜散光修正系数ΔD的数学表达式。同时，提出一种新的基于图像灰度变化率的人眼定位算法。该算法通过对离焦及焦面上得到的角膜反射图像的灰度变化特征进行分析，采用双阈值灰度图像积分法计算图像灰度变化率K，并推导了K与离焦距离D以及角膜曲率半径修正值ΔR的计算公式。实验结果表明，两种算法在测量角膜曲率标准眼时，测量误差均小于±0.02mm,达到国家标准的要求。（2）与基于图像几何特征定位及测量人眼角膜参数的算法相比，基于灰度变化率的定位算法在图像处理难度和计算速度上更具优势，因此在实验样机上对基于灰度变化率算法的三维跟踪系统进行了研究。（3）研究了基于视网膜反射图像的人眼屈光参数的计算方法，建立了人眼屈光度与视网膜反射图像及光学补偿系统位移量的数学模型，并深入研究了现有灰度图像骨架提取算法的基本原理及不适用性，提出了一种自适应动态灰度阈值的骨架提取算法，对图像不同区域采用不同的阈值进行二值化处理，其阈值的设定仅与相关位置邻域的灰度分布有关，并根据灰度分布特征判断骨架点,提取骨架，避免了图像特征的丢失。实验结果表明，本算法具有图像特征提取完整、计算速度快等优点，可有效提高人眼相关的屈光参数测量的准确性。（4）以NIDEK3100综合验光仪的镜盘结构为研究平台，对主观式人眼屈光参数测试系统的球镜镜片、柱镜镜片的组合算法进行了研究；并搭建了硬件控制系统，针对镜盘的控制原理进行深入的研究。（5）探讨了镜片顶焦度测量的基本原理，重点研究了不同设计的镜片在焦度仪上的光学轨迹并描述了镜片顶焦度的计算方法。