计算成像是一种通过联合光学系统和图像处理来实现特定成像功能的新兴研究领域，长期以来，计算成像中的光学与算法联合都采取的是顺序设计模式，即光学系统与图像处理各自分开设计，但这样难以全面发挥二者协同的优势。近年来，随着深度学习技术的飞速发展，基于深度学习架构的光学系统与图像处理算法端到端协同设计方法开启了解决这一问题的大门。一方面，端到端协同设计通过全面探索整个解空间，可以实现光学与图像处理的自动最佳协同；另一方面，端到端协同设计更使得研制基于任务的最优成像系统成为可能。本文首先介绍了基于光学系统与图像处理端到端协同设计框架的进展，然后介绍了我们基于这一框架在平面透镜的宽谱成像、平面透镜的大视场成像、大景深成像、超分辨成像和快照式光谱成像方面的研究进展。

邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯是三种最常用的塑化剂,由于结构以及形态较为相似,使得其检测和分析比较困难。本文首先利用Gaussian03软件使用DFT三参数混合方法基于基组3-21G优化出了三种常用塑化剂邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯以及邻苯二甲酸二乙酯的空间结构,得到了理论拉曼光谱并对其特征频移及其振动模式进行了指认。同时实验测量了这三种常用塑化剂的分析纯级样品拉曼光谱并与其理论拉曼光谱分别做了对比,显示出很好的一致性。最后对三种常用塑化剂的晶格结构进行了分析与讨论。

采用地基光谱探测技术, 观测到了最低亮度为4.2星等的空间碎片其分辨率为0.5 nm的高精度散射光谱。 并对卫星残骸和火箭残骸的光谱数据进行了归一化处理和离散率分析, 得到了不同类别目标的明显区别。 火箭残骸的多帧散射光谱归一化后线型一致, 而对于卫星的多帧散射光谱归一化后线型不一致, 对归一化的空间碎片的每一帧光谱求离散率, 得到的结果为火箭残骸的离散率低, 都在0.978%～3.067%之间, 且波动差值及平均值较小; 而卫星的每帧归一化散射光谱的离散率高, 在3.1184%～19.4727%之间。 且波动差值及平均值较大。 原因是火箭残骸的结构简单, 组成材料较单一, 卫星的结构复杂, 组成材料较多。 因此散射光谱分析可以应用于空间碎片分类的研究。

近几年, 国内有关塑化剂的食品安全事件频发, 迫切需求加强对于食品中塑化剂的检测研究工作。邻苯二甲酸二辛酯是塑化剂的一种。理论计算和实验测量了邻苯二甲酸二辛酯的拉曼光谱。利用密度泛函理论DFT(B3LYP)的三参数混合方法对其进行了空间结构优化;然后分别用(Hartree-Fock)HF/3-21G和DFT/3-21G两种算法计算了它的拉曼光谱和红外光谱, 给出了光谱强度图。实验测量了分析纯级邻苯二甲酸二辛酯的拉曼光谱, 并和理论计算结果进行了对比, 显示了很好的一致性,与此同时由于计算方法的不同, 从图中可以看出Gaussian计算的HF和DFT算法无论是峰的位置还是相对强度等都均存在差别。还给出了常用塑化剂邻苯二甲酸二辛酯的各个键长、键角等空间结构参数, 并对邻苯二甲酸二辛酯分子在400～3 500 cm-1区间的振动谱做了指认。报道了常用塑化剂邻苯二甲酸二辛酯的拉曼光谱研究工作。这些工作将有助于拉曼光谱技术在食品检测领域的研究和应用。

基于离散偶极子近似法(DDA), 对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究, 计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、 外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。 结果表明, 内核大小不变, 外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm, 核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545, 且散射相对强度也明显增大。 外层厚度不变, 内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm, 散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大, 这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。 散射相对强度随波长的增加而降低, 随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。 该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性, 激光在其中的传输特性等研究有参考价值。