Holographic display stands as a prominent approach for achieving lifelike three-dimensional (3D) reproductions with continuous depth sensation. However, the generation of a computer-generated hologram (CGH) always relies on the repetitive computation of diffraction propagation from point-cloud or multiple depth-sliced planar images, which inevitably leads to an increase in computational complexity, making real-time CGH generation impractical. Here, we report a new CGH generation algorithm capable of rapidly synthesizing a 3D hologram in only one-step backward propagation calculation in a novel split Lohmann lens-based diffraction model. By introducing an extra predesigned virtual digital phase modulation of multifocal split Lohmann lens in such a diffraction model, the generated CGH appears to reconstruct 3D scenes with accurate accommodation abilities across the display contents. Compared with the conventional layer-based method, the computation speed of the proposed method is independent of the quantized layer numbers, and therefore can achieve real-time computation speed with a very dense of depth sampling. Both simulation and experimental results validate the proposed method.

水源微生物检测在水源生物安全监测等方面具有非常重要的意义，而传统的显微镜观测等方法存在效率低、需要专业人员操作等不足，为此提出了一种水源微生物自动识别方法。采集水样，并制作水源微生物图像集，编写全自动与半自动两种图像分割算法用于提取目标微生物区域，并提取6种图像特征。基于以上特征数据，研究水源微生物识别模型的优化问题：首先，优化部分特征参数；接着，融合所有特征，建立粒子群优化算法的支持向量机（support vector machine optimized by particle swarm optimization, PSO-SVM）微生物识别模型，并与其他识别算法进行比较。结果表明，相比于其他3种算法，PSO-SVM能更有效地识别各种微生物，其平均识别率达到97.08%。

细胞显微成像是生物学研究中进行细胞表型检测、获取细胞特征信息的重要手段。传统荧光成像技术是目前主要的细胞成像手段，但是荧光成像系统结构复杂、成本较高，而且特异性染色会对细胞造成损伤。针对此问题，研究了一种虚拟染色技术，使用多模态配准算法执行严格配准明场和荧光图像数据集，改进网络架构、损失函数、后处理、硬件适应性用于训练优化，并且通过虚拟染色评价标准对染色转换偏差进行验证。该方法可以降低荧光成像对荧光成像设备的依赖，无需各种复杂的染色操作，将会减轻生物研究、病理分析、疾病诊断流程的负担。

为了实现酶标仪的全波段和快速检测，设计出一种基于反射式成像光路的全波段蛋白检测仪，采用反射式光学检测的方式进行成像，将一维成像光程扩展为二维，提高维度减少空间，同时提高了视场范围。分别进行了Human Pentraxin 3/TSG-14（PTX3）酶联免疫吸附实验以及二喹啉甲酸法（BCA）蛋白浓度检测实验，检测波长分别为450 nm和562 nm，并完成了对生物显色实验溶液的图像采集，利用图像处理比色算法进行分析处理，完成了蛋白浓度的测定。PTX3实验和BCA实验均基于四参数拟合模型绘制拟合曲线，拟合优度分别为0.999 6和0.999 7，与商用酶标仪绘制的标准曲线基本一致。PTX3实验使用42份未知样本，BCA实验使用40份未知样本，基于图像处理比色算法的质量浓度测量结果与商用酶标仪检测的质量浓度误差在5%以内，验证了全波段蛋白检测仪的可行性。

微透镜阵列是一种被广泛应用于光信息处理、光传感、光计算、光通信和高灵敏度成像等领域的精密光学元器件之一。通过一些先进的制造技术已经可以制造出不同几何形状、轮廓和光学特性的微透镜阵列。然而，由于三维微制造工艺的难度，使得高填充因子微透镜阵列中的微透镜很难实现紧密排列。提出了一种快速、低成本的微流体操纵技术，用于制备高填充因子微透镜阵列，且对其制备工艺进行了初步的演示。这种易于操作的制造技术适用于微透镜阵列的大批量生产，极大地提高了生产效率。通过预先制备出的三种不同尺寸(微柱直径分别为300、500、700 μm)的微柱，实现了与其对应不同形状和尺寸的微透镜阵列的制备，并搭建了一套光学成像系统以对这些微透镜阵列进行成像性能的评估。主要对微透镜阵列的焦距、成像精度和每个微透镜阵列中各个微透镜子单元成像的均一性进行测试，利用所提出的微流体操控技术制备的微透镜阵列具有良好的成像性能，有望能够被应用到三维成像、光均匀化等诸多应用中。

复眼是自然界中常见的一种视觉器官，常见于节肢动物中，其有着极高的视场角、低像差、低失真、高时间分辨率、高空间分辨率和无限景深等优点，近些年受到较大的关注。概述了最新的复眼制作工艺和成像系统，介绍了常用的制作复眼透镜的工艺技术，同时还介绍了复眼透镜的成像系统。最后，对人工复眼系统的研究进行了展望。