全光相机可以在成像后进行重聚焦，并且一次曝光就可以同时获取目标的位置信息和方向信息。相较于主动测距方法和传统的被动测距方法，基于全光相机的深度测量方法具有不易被侦查和易于标定的优势。基于全光相机的三维成像技术是集前端光学系统与后端信息处理为一体的计算成像技术，目前的研究工作主要集中于后端信息处理算法，对前端光学系统的研究鲜有报道，因此对前端光学系统设计进行研究。首先，建立基于多目视觉全光相机深度分辨率计算模型并分析焦距、F#等光学系统性能参数对物方深度分辨率的影响；然后，分析两反光学系统的遮拦比、次镜的放大倍率等因素对系统参数的影响；最后，综合考虑设计、加工、装调以及测距性能等方面，设计了一款用于亚公里级三维成像的全光相机主物镜光学系统，系统焦距为 $500\;{\rm{mm}}$，系统总长小于 ${\text{163}}\;{\rm{mm}}$，摄远比小于 ${1 / 3}$，工作温度范围为−40~70 ℃。不同温度下全视场MTF在 $80\;{{{\rm{lp}}}/{\rm{{mm}}}}$处优于0.3，使用此物镜的全光相机配合 ${1 / 8}$像素的亚像元识别精度的算法，在0.5 km处可获得 $ < 5\;{\rm{m}}$的深度分辨率。

激光制导是当今最常用的制导方式之一，激光半主动光学系统性能的优劣直接影响其制导精度。提出了一种激光半主动光学系统像差优化设计方法，通过赋予不同的球差与离焦量实现激光半主动光学系统初始结构设计，通过对非对称像差优化实现光斑均匀化设计，设计并研制了折射式激光半主动光学镜头，光学系统工作波段1064 nm，视场为±9.2°，光斑大小5 mm，能量分布均匀；为解决激光半主动镜头不能单独检测的问题，提出了利用色差特性实现镜头低成本可视化检测的原理，并搭建了激光半主动光学镜头的可视化检测系统。镜头的测试结果表明，光斑大小满足设计要求，低成本可视化检测系统大幅提高了镜头检测效率，并易于工程化，批量化生产。