为解决合成孔径成像激光雷达受制于相干天线定理的问题，扩大成像视场，提高相干收发光学系统效率，提出并研制了基于4×4尾纤式微透镜阵列接收的相干收发光学系统，建立了全视场光学系统耦合效率计算模型，完成了高精度的收发光学系统集成装调及系统光学效率测试。结果表明：发射链路与16路接收链路的光轴最优偏差优于4″，中心视场光学系统效率优于73.1%，全视场光学系统效率优于65.5%，可满足激光雷达成像试验要求。

针对红外与可见光图像融合中存在的热目标信息丢失、边缘结构模糊、细节损失等问题，提出一种多层分解的图像融合算法。首先使用结构纹理分解将源图分解为细节层和结构层，对细节层使用基于结构相似性和L₂范数的融合规则融合并增强；然后提出一种结构均值法，将结构层分解为亮度层和基础层，对亮度层使用绝对值取大融合，对基础层设计了一种基于多指标的融合规则进行融合；最后重构各子融合图像得到最终融合图像。为验证算法的有效性，与9种红外与可见光图像融合算法进行对比，使用空间频率、平均梯度、边缘强度、方差、视觉保真度、基于人类视觉感知的指标和信息熵7种客观图像评价指标，在前5种指标上分别取得27.4%、36.5%、38.2%、8.5%和23.5%的提升。实验结果表明，本文算法在有效保留红外热目标的同时较好地保留了边缘结构和纹理细节，且在客观评价指标上取得了更好的效果。

SPAD阵列的规模不断扩大对读出电路(Read-out Integrated Circuit, ROIC)提出了更高的要求，时间数字转换器(Time to Digital Converter, TDC)是ROIC的核心电路，完成对光子飞行时间(Time-of-Flight, TOF)高精度量化。为避免大规模阵列中高频时钟信号长距离走线而引起的串扰和噪声干扰，抑制初相误差引起的检测精度退化，设计了一种基于内置时钟的ROIC阵列电路，阵列像素间距均为100 µm，内置于各像素内的门控环形振荡器(Gated Ring Oscillator, GRO)独立提供像素TDC所需的高频分相时钟信号，各像素GRO均由像素外置锁相环(Phase Locked Loop, PLL)产生的压控信号控制。由于采用一种基于事件驱动的检测策略，只量化光子事件有效触发的TOF，有效降低了系统功耗。该芯片采用TSMC 0.18 µm 1.8 V标准CMOS工艺制造，测试结果表明：TDC的时间分辨率和量程分别为102 ps和100 ns，微分非线性DNL低于0.8 LSB，积分非线性INL低于1.3 LSB，系统功耗小于59.3 mW。

针对光场图像显著性检测存在检测目标不完整、边缘模糊的问题，本文提出了一种基于边缘引导的光场图像显著性检测方法。利用边缘增强网络提取全聚焦图像的主体图和边缘增强图，结合主体图和焦堆栈图像所提取的特征获得初始显著图，以提高检测结果的准确性和完整性；将初始显著图和边缘增强图通过特征融合模块进一步学习边缘特性的信息，突出边缘细节信息；最后，使用边界混合损失函数优化以获得边界更为清晰的显著图。实验结果表明，本文所提出的网络在最新的光场图像数据集上，F-measure和MAE分别为0.88和0.046，表现均优于现有的RGB图像、RGB-D 图像和光场图像显著性检测算法。所提方法能够更加精确地从复杂场景中检测出完整的显著对象，获得边缘清晰的显著图。

首先针对SPAD阵列读出电路的特点，将电路主要分成接口电路与信号处理电路两大部分，其次根据单光子雪崩光电探测器的阵列的不同应用场景，阐述了集成读出电路中核心电路模块设计的关键技术。分别从SPAD的接口电路设计、两种典型应用成像模式（光子计时、光子计数）中核心电路的设计方面，详细分析此类电路的关键技术以及国内外研究团队在此类电路的研究进展与存在的问题。最后根据目前国内外研究的进展情况，分析了SPAD阵列集成读出电路的发展趋势以及各类电路存在的设计重点与难点，为SPAD阵列读出电路的设计提供一些参考。

主/被动成像系统具备多种成像模式，集成度高、成本低、系统运行效率高，应用前景良好。设计了一种64×64规模的多功能红外焦平面阵列读出电路，在30 μm像元中心距的限制下实现了日光标准成像、微光成像、异步激光脉冲检测和二维激光测距四种成像功能。基于TSMC 0.35 μm工艺，完成了多功能读出电路的芯片设计与流片验证。电路复用设计和像素共享架构显著降低了版图面积。CTIA的T型开关有效减小漏电流，改善了红外被动成像电路的动态范围，高增益模式下动态范围达60 dB，低增益模式下动态范围达68 dB。并且满阱电荷容量分别为203 ke⁻和1.63 Me⁻。三级push-pull运放和MOS反馈电阻使RTIA兼具高增益和小尺寸。芯片测试结果表明，电路具备主/被动成像功能，性能良好，可应用于红外焦平面激光雷达成像系统。