波前功率谱密度（PSD）是反映高功率激光系统中光学元件中、高频信息的重要参数之一。介绍了利用波前位相信息计算功率谱密度的方法，提出对空域应用汉宁窗的方法抑制因波前数据的突然截断导致频域出现的吉布斯噪声。针对空域加汉宁窗后波前数据能量会因汉宁窗的权重变化而变化的情况，推导了加窗前后PSD的均方根(RMS)值间的比例关系。对高功率激光驱动器使用光学元件的PSD进行了计算，结果表明，采用汉宁窗的方法能抑制吉布斯噪声，通过数据修正的方法可修正汉宁窗的权重分布不同对PSD计算结果的影响。

针对传统核相关滤波器(KCF)无法处理严重遮挡及光照变化等问题, 提出一种结合快速角点检测与双向光流法的长期KCF跟踪算法。首先利用KCF跟踪器在目标位置上提取融合方向梯度直方图特征、颜色属性特征和灰度特征的多通道特征, 计算输出响应图并得到所跟踪目标的峰值旁瓣比(PSR), 然后通过比较PSR与经验阈值来判断目标是否被遮挡; 当目标出现遮挡时, 在快速角点检测的角点基础上利用双向光流法重新检测下一帧目标位置, 并采用一种新模板更新策略来应对严重遮挡。与其他算法进行对比实验, 验证了本文算法对处理遮挡和光照变化具有高效性及稳健性。

局域均值分解(LMD)方法是一种新的自适应信号处理方法，Teager能量算子是求解信号瞬时能量的非线性操作算法，能有效提取信号的瞬时能量。结合这两种方法的优点，提出一种基于LMD-Teager 变换的功率谱估计方法，给出了算法原理和步骤，讨论了功率谱估计的物理意义，并在与快速傅里叶变换(FFT)方法、小波变换对比的基础上，用短数据序列和非平稳信号进行了仿真验证。结果表明：该方法突破了FFT 方法中对所分析的信号必须平稳的要求，更适合于非平稳信号的处理；且对数据长度的要求较傅里叶方法低，而其分析精度和分辨率优于传统的傅氏方法和小波变换。

为测量卫星遥感相机因姿态不稳定以及各种扰动引起的亚像素像移，提出了基于光学相关的双CCD成像系统的图像运动测量方法。在主成像系统成像的同时，辅助高速CCD获取同一目标的图像序列，利用联合变换相关器对所采集的图像序列进行光学运算，测量出相邻图像序列的运动位移。阐述了使用光学相关方法测量像移的原理，并模拟分析了噪声和运动条件下的测量精度。建立了使用该方法测量像移的实验系统。实验结果证实了该方法的有效性，测量精度小于0.1 pixel，满足卫星遥感相机的使用要求。

小孔扫描傅里叶叠层成像术已在三维全息重聚焦和超分辨宏观成像领域显示出巨大的潜力。对小孔扫描傅里叶叠层成像技术的关键参量对光场恢复质量的影响进行了研究，根据小孔扫描傅里叶叠层成像的迭代算法，通过仿真实验研究了小孔的交叠率和孔径大小对光场恢复质量的影响。仿真结果表明：在相同孔径情况下，小孔交叠率存在一个阈值，当交叠率大于该阈值时，光场恢复质量随交叠率增大而显著提高；在相同交叠率情况下小孔孔径越小光场恢复质量越高。该研究成果对小孔扫描傅里叶叠层成像术在进一步应用中的参数优化能起到一定程度的理论指导作用。

随着科学技术的发展, 光学实验的计算机仿真不仅在科学与工程计算方面发挥着重要作用, 而且在光学教学方面也引起了广大教育工作者的广泛关注。Matlab软件编程实现一般是用衍射积分方法和傅里叶变换方法实现夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的计算机模拟。使用傅里叶变换的方法把实际光学实验现象和Matlab编程结合起来, 通过大量的对比仿真实验验证了光学衍射的规律, 在光学教学起到了一定的积极作用。

为了提高小波变换轮廓术中小波的空域局部化能力, 提出了一种基于Mexican hat小波变换的条纹图处理方法。基于希尔伯特变换得到条纹对应的解析信号, 用Mexican hat小波计算解析信号的连续小波变换, 从小波变换的脊上提取相位信息, 恢复物体高度信息。模拟结果表明, Mexican hat小波变换法在相位快变或突变的区域有更高的相位提取精度, 测量误差可减小0.1～0.5 rad。以人脸石膏像为例, 进行了实验测量。实验结果表明, 在高度不连续或变化剧烈的区域, Mexican hat小波变换法较Morlet小波方法误差传播更小, 精度更高。

采用傅里叶变换轮廓术(FTP)进行三维面形测量时，变形条纹图零频分量的扩展对FTP 的测量范围和精度存在影响。消除变形条纹图的零频分量后，FTP 的测量范围可以提高3 倍。根据希尔伯特(Hilbert)变换具有90°相移和使直流分量为零的性质，提出通过两次分段Hilbert 变换抑制条纹零频分量的新方法。由于条纹背景分布是一个慢变函数，每半个周期内的局部背景分布可以看做常数，所以两次分段Hilbert 变换可以很好抑制条纹中零频分量对基频分量的影响，有利于减小测量误差。给出的理论分析、计算机模拟以及实验证明了所提方法的有效性。

利用改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法和广义相衬(GPC)结构，用纯相位空间光调制器(SLM)实现彩色图像的重现。提取出彩色图像的红、绿、蓝三色信息，利用改进的GS算法和相应波长的GPC结构，计算出输入面的纯相位分布。将所得相位分别编码加载到三个SLM上，用相应波长的激光分别照射三个SLM，在GPC输出面上进行合成，可以得到目标图像。与常规计算全息(CGH) 相比，该方法不需要移除零级衍射光，除具有较好的像质外，还提高了光能利用率；另外，根据不同波长设计固定的相衬滤波器(PCF)参量，不会因目标图像的不同而改变，放宽了GPC应用的限制条件。

研究了螺旋型波带片的成像特性。螺旋型波带片是一种新型成像元件,能够实现光学希尔伯特变换,获取边缘增强图像。采用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片的成像进行了数值模拟,分析了其成像特性并实验进行验证。通常螺旋型波带片作为空间滤波器要求物距满足夫琅禾费(Fraunhofer)衍射条件,理论计算表明在某些菲涅耳(Fresnel)衍射区域内螺旋型波带片仍可获得良好的成像效果,因此螺旋型波带片的实际视场比根据夫琅禾费衍射条件限定的视场要大。实验结果与数值模拟的吻合很好。因此利用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片成像质量模拟可以有效评估成像质量,对螺旋波带片显微镜的设计有重要的指导意义。