针对高分辨率遥感影像由于原始光谱信息较少而难以有效区分各类型植被，而且城乡植被差异往往被忽视等问题，并考虑到部分植被指数可以在一定程度上增大各植被类型间的差异，提出一种结合植被指数的深度学习植被分类网络，该网络在并联网络结构的基础上，引入密集连接模块与空洞空间金字塔池化模块，增强各类型植被特征信息差异，有效提高分类精度。除此之外，本文充分考虑城乡植被差异，分别对城市区域和农村区域进行验证分析，城市区域植被分类提取中整体精度为96.73%，F1得分为80.71%，交并比为69.91%，农村区域植被分类提取中整体精度为91.35%，F1得分为90.28%，交并比为82.41%，各项精度指标均高于其他深度学习方法。结果表明提出方法能够较好地区分各植被类型，且适用于多源遥感影像的植被分类提取，在城市绿地规划、农村基本农田监管等方面具有一定的应用价值。

针对粒子滤波算法在遮挡情况下导致视觉跟踪不稳定甚至丢失目标的问题,提出了一种基于团块建模与粒子滤波相结合的目标跟踪算法。首先通过图像分割的方法得到视频帧中的初始目标,并构建目标团块模型；然后基于多团块目标信息并结合粒子滤波算法进行分块跟踪；最后利用高斯加权的方式,得到最终的目标预测位置。实验结果表明,该算法具有较强的鲁棒性,尤其是在遮挡的情况下能够实现目标的稳定跟踪。

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。 为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性, 提出了PGP整体化设计方法。 从体位相全息光栅设计角度出发, 结合棱镜与光栅各项参数的制约关系, 编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件, 综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响, 讨论了光栅布拉格波长的漂移特性, 据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。 模拟结果表明: 棱镜1材料的色散系数越小, PGP的光谱带宽越窄； 光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽, 带宽增大使光栅的角度选择性随之增大, 拓宽了棱镜1材料的选择要求； 棱镜1顶角、 光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素, 制作时需要精确控制。 利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%, 并给出具体设计参数, 这对PGP制作具有一定的参考价值。

在分析常用的红外图像增强算法优缺点的基础上，针对红外图像的特点，提出了一种基于直方图的自适应红外图像增强算法。该算法设置了阈值和放大系数 2个参数，根据阈值把图像直方图分为 2部分，用放大系数和常数 1分别代替直方图中两部分的灰度级像素数作为新的直方图，最后用新的直方图对图像进行直方图均衡化处理得到增强图像。通过在自主研发的热像仪中验证，表明该算法适应性强，增强效果好，算法简单，易于在 FPGA硬件平台上实现。

针对目前红外搜索系统实用性较强的两点非均匀性校正存在难以实时跟踪图像非均匀的不足点, 提出一种新的基于两点非均匀性校正和基于场景的实时联合校正算法。该算法利用两点校正提供基础校正系数, 并充分利用红外搜索系统大数据量的特点, 对实时数据量进行统计、分析, 进而找出系统非均匀性随时间的漂移量, 解决只采用两点校正算法带来的红外图像退化的问题。多次试验证明, 采用联合非均匀校正算法的相对非均匀度由两点校正的5%降到了2%左右, 并具有时间稳定性, 获得了较好的校正效果。

分析了罗兰光栅帕邢龙格结构中光栅线密度误差对波长精度的影响。提出一种利用参考光栅在线检测罗兰全息光栅干涉场条纹密度的方法。将具有标准线密度的参考光栅放置在干涉场内曝光位置，通过检验曝光光束的自准直衍射光与空间滤波器中针孔位置的重合度来判断干涉场条纹密度误差。推导了干涉场条纹密度误差与曝光光束自准直衍射光偏移量的解析表达式，发现干涉场条纹密度误差与曝光光束自准直衍射光偏移量、罗兰光栅曲率半径和曝光光束波长有关。以曲率半径750.2 mm的罗兰光栅为例，当采用441.6 nm激光建立光路时，利用此方法可将干涉场条纹密度误差调整至0.035 groove/mm以内。

基于平场全息凹面光栅几何像差理论，分析了初级像差与高阶像差特别是球差对平场全息凹面光栅成像的作用。通过一个具体的设计，分别讨论宽波段光栅和窄波段光栅设计中校正球差与否对设计结果的影响。通过对光谱像大小和各种像差系数大小进行对比分析得出以下结论：宽波段平场全息凹面光栅像差较大，决定光谱像大小的主要是初级像差，球差的影响难以显现，在进行光栅设计时可以不考虑球差；窄波段光栅的离焦像差较小，球差的影响开始变得显著，此时在设计过程中考虑球差的校正能够进一步改善光栅的成像质量。

基于CCD的微型平场全息凹面光栅光谱仪，以其简单紧凑的结构和快速高效的工作方式在光谱分析领域获得了广泛的应用。但是，由于受限于色散距离，单纯依靠优化光栅像差很难进一步使光谱分辨率获得大幅提高。提出一种双光栅切换微型平场全息凹面光栅光谱仪的设计方法，用两个使用结构相同的光栅代替传统的单光栅设计，给出一个光谱范围为400~1000 nm光谱仪的具体设计，计算显示光谱分辨率最大可提高为原来的2.5倍。通过对光栅衍射效率的计算分析，说明此方法能够显著改善仪器的通光效率。设计制作了原理样机，进行了装调测试，实验结果与理论计算相吻合。

为分析光栅槽形形成的基本原理及槽形随光刻胶特性曲线的演化规律，建立了显影过程中光栅掩模槽形形成的演化模型。基于光刻胶溶解速率在不同曝光量区间的变化，将光刻胶特性曲线分成3个不同区域并分析各区域在光栅掩模槽形形成中的作用，讨论了在不同光刻胶特性曲线条件下光栅掩模槽形的演化规律。结果表明：当光刻胶非线性效应显著时，掩模槽形易形成矩形或梯形，此时槽深由原始胶厚决定；当光刻胶线性效应较显著时，槽形形成正弦形同时槽深有所减小。该模型正确反映了光栅槽形随光刻胶特性曲线变化的演化规律，为通过控制光刻胶特性曲线制作多种掩模槽形提供了理论依据及方法。