人类社会正处于信息爆炸的大数据时代，迅速膨胀的数据在持续高速增加，需要越来越大的存储容量来承载。高密度光存储技术具有非接触、抗电磁干扰、存储密度高等优点，为更好地存储、处理、分析每天产生的海量数据提供了优质方案。然而，光储存记录点的尺寸受到衍射极限的限制，传统光存储技术的存储密度难以大幅提升。近年来，随着多参量光场调控技术的发展，高数值孔径物镜聚焦下的结构化光场有了更新颖的结构、更丰富的维度和更小的尺寸，为高密度光存储提供了更多选择。本文将综述光场调控技术在紧聚焦焦场上的最新成果，介绍实现空间紧聚焦焦场的理论设计、模拟、实验、高效生成器件和应用。这些成果将会更好地服务于高密度光存储技术的研究与应用。

视觉信息是人类对周边环境进行感知的重要手段，光学成像和图像处理技术能大大扩展人类“视域”，使得人们获取图像的方式不局限于眼睛能见范围。散射效应导致光学成像装置的作用距离大幅下降，难以对远距离目标进行有效观测。人类对图像信息的感知，通常由对焦、校正和立体视觉形成，三个步骤互相耦合完成。其中，对焦和双目图像信息校正过程可以通过光学系统和数字图像处理的方法进行优化，提高强散射背景下的图像对比度，进而使得散射条件下的图像信息得以被感知和分析。然而，在目前技术条件下，机器立体视觉仍难以达到人类视觉水平，而人类视觉系统仍然是图像感知和分析的重要终端。可以预见，在低能见度条件下实现光学图像信息的精确获取与分析，仍需要实现人类视觉系统和机器的双重结合，发展包含人类视觉在内的立体视觉全局优化技术。主要介绍了在大气和水下浑浊条件下实现光学成像和实现图像融合的物理极限和关键影响因素，并展望人类的立体视觉在提高光学成像能力方面的作用。

散射光学成像恢复是光学成像领域最重要的研究课题之一。科学家已经提出各种技术实现不同散射环境下的成像恢复。其中,散斑相关性的解卷积技术具有成像质量高、恢复速度快和易于集成等优点。简要综述了散斑相关成像的进展,从光学记忆效应和解卷积原理出发,介绍点扩展函数新物理特性及其在成像恢复中的应用,总结点扩展函数的间接获取方法,最后提出光场全要素(plenoptics)的概念。光场的全要素探索有望在更复杂散射环境中提供更全面的信息,使散射光学成像技术在生物、医疗、海洋、**和日常生活等场景中更具应用前景。

为了提高裸眼3D显示的光学膜层与显示屏的贴合效率和全局对位精度，提出了一种全局的、高效率的、实时的3D显示光学特性测量方案，并开发出了相应的测量系统，实现了对3D显示屏幕的亮度均匀性和串扰率均匀性的实时测量。设计并开发了测量系统的光电二极管阵列，制作了高灵敏度和高精度的电路控制模块，同时编写了上位机软件，用以实时显示数据结果。光电二极管的光谱响应与人眼光谱响应基本一致，经过标定和方向性校正后，可以实时得到屏幕不同局部在视区中的光强分布数据。基于这一数据，可以计算出屏幕不同局部定量化的串扰率数据。在实验中，测试系统能够有效测量23.7 cm宽度范围内的空间光强分布，覆盖了一对左右眼视区。系统的测量精度为1.58 mlx。实验表明，所得的数值结果能够定量化地反映人眼亮度和串扰率视觉感受，可用于实时检测3D显示器的视区光强分布，计算串扰率分布，有助于提高3D裸眼显示设备的装机效率。

研究了基于一台皮秒Nd∶YAG激光器实现合金样品的双脉冲激光剥离-激光诱导击穿光谱（LA-LIBS）微损元素分析。 实验采用低能量的532 nm二倍频激光烧蚀并剥离出微量样品, 然后采用较高能量的延时1064 nm激光对剥离出的样品进行二次激发, 以增强等离子体中的原子辐射强度和提高光谱检测灵敏度。 实验分别研究了烧蚀激光脉冲和二次激发光脉冲的能量对信号强度的影响。 在烧蚀激光脉冲能量为10 μJ, 二次激发光脉冲能量为2.5 mJ的条件下, LA-LIBS中Cu Ⅰ 324.75 nm原子谱线的强度与单脉冲LIBS相比改善了86倍, 激光烧蚀坑洞的直径小于10 μm。 研究表明: 基于一台皮秒Nd∶YAG激光器, 采用双脉冲LA-LIBS技术可以较好地实现对固体样品的微损元素分析。 该技术在贵重样品分析和高空间分辨的二维元素显微分析中具有一定的应用价值。

为了更好实现3D虚拟键盘对人手型的分割，建立了一套基于颜色空间和背景减除的手型分割方法。对原有的单颜色空间处理方法进行了改良与创新，提高运算速度和鲁棒性。介绍了原有颜色空间算法的原理和步骤，并给出该方法的效果图和运算速度。根据颜色空间处理方法的原理分析程序中可以提高速度的部分，提出一些颜色空间算法无法解决的问题。在原有HSV颜色空间的处理中加入新颜色空间YCrCb，结合两者进行速度方面的提升，最后，在颜色空间处理之外，加入码本法背景减除，解决干扰色、手饰品干扰等颜色空间无法处理的问题。实验结果表明: 使用新颜色空间算法，运算速度提升，节省28.27%的时间; 加入码本背景减除后的指尖定位良好，平均误差小于2%。达到了提高3D虚拟键盘实时性和鲁棒性的要求。

为了制定裸眼3D关键指标的标准化测试方案,本文根据目前主流的自由立体显示和指向性背光技术的不同显示原理及其甜点的不同排列情况,分别设计了不同的测试方法,并对其进行串扰率、亮度、对比度、色温、色域等关键指标的完整测量与评价。测试结果表明,指向性背光式裸眼3D显示器的串扰率低达2.64%,远低于柱镜式（80.91%）和液晶光栅式（3.3%）裸眼3D显示器;亮度、色域、色温等指标上,指向性背光式显示也胜于柱镜式和液晶光栅式技术;而在对比度上,柱镜式裸眼3D显示凭借较佳的亮度,取得最优秀的数值,明显强于液晶光栅式和指向性背光技术。

时空混合控制式自由立体显示是一种新型的自由立体显示技术,具有全分辨率和低串扰率优点,消除了背光源刷新与屏幕图像刷新不同步所导致的时域串扰率升高,这是时空混合控制式自由立体显示的关键问题之一。本文介绍了时空式立体显示系统的原理和动态背光的工作方式,提出了扫描式和垂直式两种不同的背光源刷新方式,着重对比了两种背光源刷新方式对屏幕亮度和串扰率的影响。通过实验测量给出了时空式自由立体显示系统背光源刷新的最优化参数设置。在优化配置条件下,系统串扰率低至2.64%,证明动态背光同步技术可以有效降低系统的时域串扰率。

为了更系统、科学地评价眼镜式立体设备的显示质量，本文对目前主流的眼镜式3D显示器进行串扰率、亮度、对比度、色温、色域的测量。首先，根据眼镜式立体设备的成像原理设计相关的测试方案。测试结果表明，色分式3D显示器左眼串扰为3%，右眼为9%，偏振式3D显示器水平方向串扰最低为179%，垂直方向串扰呈振荡分布，时分式3D显示器的串扰最低，达037%[眼镜式3D显示器的亮度在3D模式下均发生较大程度的下降，其中时分式3D显示器在3D模式下亮度仅为697 cd/m2，其对比度也随之发生大幅下降[色域方面，时分式显示器在3D模式下色域覆盖率为727%，相比2D模式存在明显下降，而色分式3D显示器在3D模式下的色域覆盖率最小，仅为03%。上述数据可为设备的选择和产品性能的优化提供有益参考作用。

研究了测量光场分布的多角度单刀边法和直角双刀边法。分析了两种刀边法测量光斑特性的基本原理。通过数值模拟，对它们在光斑测量过程中的图像还原能力和抗噪声能力进行了理论分析，并对实验中利用直角双刀边法测量得到的结果进行了简要的分析。研究结果表明，多角度单刀边法在测量光斑的实验中，对光斑的还原能力比较有限，而直角双刀边法由于操作简单、还原能力更强，更适合用于光斑的测量。