超颖表面是一种特殊的二维亚波长阵列结构，具有很强的光场调控能力，兼有超薄、低损耗、易加工等优势，表现出广阔应用前景，近些年吸引了广泛的研究兴趣。本文将综述超颖表面的原理与研究进展，简要分析已报道的超颖表面类型，并重点介绍其在广义折反射、偏振转换、光束轨道角动量操控以及计算全息中的应用。超颖表面设计灵活、功能强大，有望在诸多应用中取代传统光电器件。未来基于超颖表面的新型、宽带、高效率、多功能以及主动可调功能器件等将是其重要的发展方向。

针对复杂多变的肝脏图像,提出了一种基于先验稀疏字典和空洞填充的三维肝脏图像分割方法。对腹部CT图像进行Gabor特征提取,并分别在Gabor图像和灰度图像的肝脏金标准边界上选择大小相同的图像块作为两组训练集,利用训练集得到两种查询字典及稀疏编码。将金标准图像与待分割图像配准,并将配准后的肝脏边界作为待分割图像的肝脏初始边界;在初始边界点上的十邻域内选择大小相同的两组图像块作为测试样本,利用测试样本与查询字典计算稀疏编码及重构误差,并选择重构误差最小的图像块的中心作为待分割肝脏的边界点;最后,设计一种空洞填充方法对肝脏边界进行补全和平滑处理,得到最终分割结果。利用医学图像计算和计算机辅助介入国际会议中提供的肝脏数据进行了实验验证。结果表明,该方法对肝脏分割图像具有较好的适用性和鲁棒性,并获得了较高的分割精度。其中,平均体积重叠率误差为(5.21±0.45)%,平均相对体积误差为(0.72±0.12)%,平均对称表面距离误差为(0.93±0.14) mm。

基于光学系统结构研究了硬性内窥镜光学系统内部杂散光的成因及抑制方法, 以提高其成像效果。通过Lighttools软件进行光线追迹, 分析了硬性内窥镜光机结构的杂散光; 通过杂光路径分析, 提出光线在中继系统和物镜组中发生全反射是硬性内窥镜存在杂散光的原因, 由此研究了相应的杂散光抑制方法: 即调整物镜组结构控制系统中光线传播的路径, 并在光学系统优化过程中加入相应的控制条件。最后, 采用提出的方法设计了视场角为70°, 透镜直径为2.7 mm的高成像性能消杂散光硬性关节镜。验证实验显示, 研制的硬性内窥镜光学系统在100 lp/mm 处各视场的调制传递函数(MTF)值均在0.4以上, 逼近衍射极限。光线追迹结果表明, 在物镜组中消除杂散光可避免光线在棒镜内壁全反射, 完全消除杂散光并保证良好的像质。

介绍了自由曲面光学系统研究背景,自由曲面描述方法,光学设计中的逐步逼近优化和像质自动平衡优化两种算法。并以实际应用中的头盔光学系统设计及大视场、高分辨率头盔显示器的设计为例对这些方面进行分析,讲解了自由曲面光学系统设计及其应用。

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象, 为深入认识其共振机制, 本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元(SPP)共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响, 获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟, 在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明, 3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。

介绍了立体视觉系统对点目标的四种定位算法：齐次方法,直接解正规方程的非齐次方法,利用广义逆求解的非齐次方法,解析几何方法。提出了基于双核DSP的并行交互运行流程以实现对目标的2D位置校正和3D定位,通过实验分析了以上四种定位算法的实时性和精度。实验结果表明,采用直接求解正规方程的非齐次方法处理一帧含有4个点目标的图像所带来的延迟仅为9.21ms,定位精度为0.15mm RMS,系统的运行速度和精度可以得到兼顾。

介绍了一种相对简单的、基于赛德尔像差理论的四反射镜机械补偿红外变焦距系统的光学设计方法.该方法的实现包括对单个反射镜成像规律的研究、变焦系统机械补偿的概念以及反射变焦系统赛德尔像差系数解析表达式的推导.该方法的优点在于，通过求解赛德尔像差方程组可以得到系统的初始结构参数，如各个镜子的曲率半径和间隔等.两个设计实例的结果表明，这种设计方法在设计大变倍比红外反射变焦系统时是可行的.

为消除立体影像的畸变需研究拍摄再现立体影像的垂轴放大率.重新推导了立体影像拍摄再现的总垂轴放大率公式,在该公式中增加了一个观看再现放大率系数,立体影像的观看再现垂轴放大率为像距与观看距离之比.实验结果验证了理论的正确性,该公式对于进一步研究再现立体影像的消畸变具有重要作用.