针对HDMI数码显微相机在观测时由于不同目标反光水平不一致而出现过曝、曝光收敛速度慢、不稳定的问题，提出一种自动曝光优化方法。相较于传统的HDMI显微相机中的自动曝光控制方法，所提方法实现了基于感兴趣区域的曝光控制，可对RAW图像中的任意区域进行测光和亮度统计，拓展亮度统计的动态范围并实现基于不同目标的曝光控制，提升亮度统计的准确性，解决因目标过亮或者过暗而出现的过曝现象。同时设计了可变的曝光调节步长，该功能能够根据当前亮度水平动态调整曝光步长，实现曝光的粗调和细调，以平衡曝光收敛速度和曝光精确度。最终结合实际的相机进行实验，所提曝光控制优化方法相较于原有的自动曝光法曝光偏离度降低了一半，曝光收敛时间缩短了一半以上，最快能在4帧图像内完成曝光收敛。

显微镜倍率越大,视野越小,通常需要通过图像拼接得到视野范围大且分辨率高的切片图像。而显微图像拼接时,由于特征丰富、信息量大且包含大量相似区域,导致拼接时间过长,配准准确率低。为此,提出了一种针对显微图像的拼接算法,可以快速进行配准和融合得到拼接图像。首先通过模板匹配进行初始运动估计,然后用光流法做进一步匹配,得到匹配点对后通过相似性和位置约束剔除误匹配点,进一步提高配准精度。实验结果表明,所提方法可以在保持实时性的同时有效提高配准精度。

目标计数作为一项基础的技术,在许多领域都有广泛的应用,如人群计数、细胞计数、车辆计数等。随着互联网时代的信息爆炸,视频数据呈指数级增长,如何快速、准确地获得目标的数量是用户普遍关心的主要问题之一。得益于计算机视觉技术的快速发展,基于传统机器学习的计数方法正逐步向基于深度学习的方法转变,并在计数的准确性上取得了实质性的进展。介绍了目标计数的研究背景和应用领域,根据模型任务分类,归纳了三类常用的计数模型框架,并从不同的角度分别介绍了近10年来基于计算机视觉技术的模型方法。然后介绍了在人群计数、细胞计数和车辆计数领域中常用的几种公开数据集,并横向比较了各个模型之间的性能。最后总结了现阶段的目标计数模型还存在的不足,并对未来的研究方向进行了展望。

在光学设计中，为了给光学系统的设计与优化提供更多的设计自由度，常常使用旋转对称非球面。旋转对称非球面的标准表达式通常为基准二次曲面与附加多项式的组合，附加多项式可以为偶次幂级数多项式、Zernike多项式和Q型多项式等。鉴于此，推导基准二次曲面和基于不同附加多项式的非球面的表达式，对各类旋转对称非球面的非球面系数和非球面表面斜率进行比较，利用设计实例来对比基于不同附加多项式的非球面在光学设计中的应用并指出各自的特点。结果表明，相比于其他非球面，基于Q型多项式的非球面能够更好地控制非球面的面型，优化效率更高。

传统显微镜通常需要通过更换不同倍率物镜同目镜来改变系统的放大倍率,且放大倍率不连续。将连续变焦光学系统设计应用于显微成像系统中便可以实现成像放大倍率的连续变化。概括性地总结了各种类型的连续变焦光学系统及其变焦原理,接着介绍了不同类型的连续变倍显微镜,最后对连续变倍显微镜的未来发展方向进行了讨论与展望。

目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。

根据LED发光特性以及彩色滤光片式硅基液晶芯片特性, 从成像光学的角度导出了复眼照明系统的基本成像公式.在此基础上由彩色滤光片式硅基液晶芯片目标区域的大小及其对光束入射角以及LED经整形以后的光斑尺寸与发散角的要求, 根据推导的复眼系统的基本成像公式计算彩色滤光片式硅基液晶芯片复眼照明系统的初始结构, 利用复眼照明系统中的多重共轭成像关系, 将复眼成像, 中继透镜成像分别优化, 最后将两者通过孔径与中间像匹配的基本要求进行复眼阵列组合, 设计了基于彩色滤光片式硅基液晶芯片的大照度入射光下的复眼照明系统.该系统以较小的复眼数, 在保证彩色滤光片式硅基液晶芯片照明要求的条件下, 较好地解决了照明系统效率、均匀性与大角度问题.与传统计算方法相比, 该方法简单明了.非成像软件的模拟结果证明该方法准确, 均匀性好, 效率高.实验样机结果验证了本文所提方法的正确性和有效性.

深空图像配准是深空图像应用的首要环节。针对目前基于三角形相似性的算法效率低下以及基于星点描述的算法难以应对复杂多变的深空成像环境等问题，提出了一种改进型高效三角形相似法并将其应用到深空图像配准中。首先统计分析了提取星点单像素强度和大小的直方图分布，并将星点划分为稳定星和普通星；然后，将稳定星和普通星分别同最近的两颗稳定星构建三角形；最后，通过引入相似度改进了三角形匹配中的权重矩阵，并提出了衡量三角形相似度的阈值自适应计算方法。实验结果表明，该方法在保证匹配精度的同时极大地提高了深空图像配准的效率，降低了系统资源占用率。

研究了LED相对光棒中心位置存在偏置时光棒对LED的角度分割与虚像形成原理, 籍此计算了不同偏置以及不同尺寸LED的光棒尺寸, 再将计算所得的光棒与前端成像透镜、中间像面偏振复用系统、后端积分透镜及偏振分束器等进行综合优化设计, 然后根据所得中间像确定不同情况下的偏振复用系统具体结构, 确保LED发散角范围内光能的偏振复用, 并实现对滤色片式硅基液晶芯片的均匀照明.最后设计了一款以白光LED为光源的滤色片式硅基液晶芯片微型投影光引擎, 在1W LED功耗下实现12.8 lm投射亮度(114 lm/W), 均匀性达93%.对比没有应用偏振光复用的微型投影光引擎, 在保证均匀性的前提下, 提升了微型投影系统的光效率, 丰富了光棒偏振复用的内容.