为了提高光电成像系统对目标的探测识别能力, 提出了一种彩色偏振成像的目标-背景对比度增强方法。基于菲涅耳原理, 分析了目标偏振度随入射光波长的变化规律; 采集不同偏振片旋转角度下的彩色偏振图像, 从中分离出红、绿、蓝三通道下的0°、45°、90°和135°偏振图像, 并分别计算各通道的偏振度图像, 将红、绿、蓝三通道偏振度图像合成为新的彩色偏振图像, 得到比彩色成像原图更加丰富的图像信息。搭建了彩色偏振成像实验系统, 将矢量角度距离和对比度计算作为两种客观评价指标, 开展了两组目标-背景的对比度观测实验。结果表明, 该彩色偏振成像方法将目标与背景的矢量角度平均距离增加了0.13, 对比度平均提高了0.11。

针对机载光电成像系统的大视场高分辨率成像需求,设计一种基于共心球透镜的多尺度广域高分辨率光学成像系统,该光学系统包括大尺度共心球透镜和小尺度次级相机阵列,具有结构紧凑的优点。根据共心球透镜所具有的球差和色差特性,并结合小尺度相机对像差进行进一步校正以分割视场,可以实现大视场高分辨率成像。全系统在受力以及高、低温的条件下进行实验,实验结果表明该成像系统具有良好的稳定性,且全视场范围内的调制传递函数值恒接近于系统的衍射极限,弥散斑半径的方均根值小于探测器的像元尺寸,说明该系统的成像效果良好。所提系统可以有效解决传统机载成像系统难以同时满足大视场和高分辨率的问题,为光学成像系统设计提供一种新思路。

如何有效校正随人群起伏很大的人眼像差，提高视网膜高分辨率成像技术的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。现有的单一波前校正器无法同时清除高阶和低阶视觉像差。针对人眼高阶像差校正需求，研制成功了169单元3 mm 极间距分立式压电变形镜，并与大行程Bimorph变形镜组合，建立了一套双变形镜的人眼视网膜成像系统。系统可实现对离焦小于±4.5 D、散光小于±3.0 D 的低阶像差及前8阶Zernike像差的有效校正，极大地提高了系统的人群适用范围和成像质量。以低阶像差大小作为入选标准，进行小样本量人眼视网膜成像实验，获得了近衍射极限的视网膜图像。该系统适用范围明确，便于后续临床应用。

光子集成干涉成像系统具有体积小、质量轻、能耗低、分辨率高的成像特性,有望取代传统大口径望远镜实现远距离探测。研究了光学干涉探测成像原理,建立了空间目标干涉图像复原模型。研究了微透镜阵列排布对成像质量的影响,提出了微透镜阵列设计方法。研究了光学相干基线匹配对空间目标频谱覆盖的影响,提出了能够高效覆盖高、中、低频谱的相干基线匹配方法。最后,比较了不同的微透镜阵列排布和干涉基线匹配方式下目标图像仿真复原效果。结果表明,所提微透镜阵列排布方式和干涉基线匹配方法能够提升空间目标频谱覆盖,提高目标图像复原质量。

提出一种基于维纳-辛钦定理计算光学相干层析成像(OCT)系统轴向分辨率δz的通用方法:对光源的功率谱密度分布进行傅里叶逆变换,得到其自相干函数,由其半峰全宽值来获得δz。利用该方法计算了高斯和非高斯分布光谱光源OCT系统的δz,通过与厂商给出的产品标称值相比较,验证了本方法对于高斯和非高斯分布光谱光源的正确性。以超宽带白光光源为例,使用滤光片滤除边缘部分光谱后形成非高斯分布光谱,搭建实验系统,实测δz,所得结果与本方法的计算结果较为接近,实验验证了本方法的正确性。本方法对于非高斯分布光谱光源OCT系统δz的计算结果,能为系统设计时的参数考虑与器件选择等提供依据。

扫描转镜是激光扫描探测系统的重要组成部分。从几何光学原理出发，以旋转六面转镜扫描为例，推导出扫描轨迹的表达式，分析了入射光线位置与扫描轨迹的关系，并给出了扫描角度与扫描轨迹的关系曲线。系统本身的结构特点是产生扫描非线性和非对称性的根源。为了减小扫描轨迹的非线性，提出了一种使用曲面反射镜的扫描系统，并对其扫描轨迹进行了求解和计算。由计算结果可知，该系统能有效克服平面转镜扫描系统的非线性特性。

调制传递函数（MTF）是高空间分辨率光学卫星相机的重要参数之一。提出一种基于周期靶标的直接检测方法，从遥感影像数据计算得到成像系统在奈奎斯特频率处的MTF值，同时利用参数化模型获取全频率的MTF曲线。试验结果表明，在均匀的暗背景上，沿遥感器的垂轨方向与顺轨方向上分别布设5组非整像素（地面像元分辨率）间隔的三线靶标，并在大面积靶标的配合下，可直接测得光学卫星相机的MTF值，检测误差优于5%，满足在轨检测的应用要求。

提出了一种基于深度学习的车位智能检测方法。利用TensorFlow深度学习平台对车辆目标识别模型进行了训练, 提取了有效车辆图像的优化间隔, 给出了车辆分布的精准识别结果, 实现了对车辆分布识别结果的有序编号和车位空缺状况的准确判断。利用模拟数据和实际采集数据, 分别验证了车位分布的智能识别、车位智能编号和空车位判断的可靠性。

动中成像模式可实现卫星在大角度快速机动过程中成像,满足遥感观测多样化、定制化、精细化需求。分析了动中成像地面实验系统的基本原理,并在实验室搭建了一套面向动中成像模式的地面实验验证系统。该系统采用高精度、高稳定的动态气浮靶标和基于外触发信号的相机积分时间调整方法。研究了成像质量和光强的关系以及成像质量和相机探测器积分级数、卫星机动角速度的关系,开展了自定义运动曲线的动中成像实验。结果表明,在相机探测器线性区内,不同机动角速度与探测器积分级数获取的图像动态调制传递函数(MTF)值的范围为0.0918~0.1054,满足工程应用(0.1附近)的要求,且MTF值与机动角速度、探测器级数无关。动中成像实验中系统运行稳定,动态MTF值在0.1015±0.0098之间。

小型化是激光三维成像系统走向应用必须解决的重要问题之一。介绍了采用高重复频率小型激光器实现的小型化增益调制三维实时成像系统。利用多脉冲积累方式,使用单脉冲能量5 μJ的激光器实现了与以前单脉冲能量10 mJ增益调制系统近似的作用距离和系统测距精度,同时系统的整体体积大大缩小。对系统的作用距离与测距精度进行了测试,结果表明,在当前条件下,室外能见度5 km时,系统可达到超过100 m的作用距离,室内测试获得的系统测距精度优于3 m。