非视域定位是一种通过提取光子飞行时间判断视线外物体位置的主动探测技术，是近年的前沿研究热点。为了研究均值滤波、中值滤波以及高斯滤波方法提取光子飞行时间的性能差异，首先用光度学方法优化了光子飞行模型中的能量变化模型，然后对三种滤波方法中的参数进行了优化分析，接着分析了三种提取方法对最大值判定法和概率阈值加权判定法的适应性，最后分别以设备和非视域物体的位置为变量，对三种时间提取算法得到的定位精度和稳定性进行了对比。仿真表明，中值滤波适用于较为狭窄的定位环境，并且有较高的定位精度；高斯滤波定位稳定性较好，并且滤波参数的选择范围更大。

空间光通信中, 需要通信双方检测入射光轴偏差以保证通信链路畅通。但光学天线控制系统使用的信标光经长距离传输后损耗过大, 受背景光和暗电流噪声强烈干扰, 系统中的四象限探测器(QD)对光斑位置检测精度下降。为解决这一问题, 根据QD工作特性和噪声特性, 提出了一种基于幅度调制和循环互相关运算的检测方法。该方法在QD输出信噪比(SNR)过低的情况下, 可精确测量QD各象限输出的电流幅度, 并以此计算出准确的光斑位置。实验结果表明: 当QD的输出SNR为﹣14.58 dB时, 该方法的绝对误差小于0.012 mm, 证明了该方法的有效性。

针对Bayer图像色彩重建效果越好的算法需要越多计算量, 占用越多硬件资源问题, 提出了一种低复杂度的色彩重建算法。首先使用Hamilton-Adam (H-A)算法对Bayer图像进行预插值并求出色差通道, 接着通过求出5×5模板内判断插值方向的综合梯度因子, 重新更新G通道缺失像元值, 最后利用已重建的G通道求出缺失的R和B通道颜色。柯达测试图仿真结果表明, 相对于其他算法, 所提出的算法在PSNR上有较大优势; 相机输出图像的色彩重建结果表明, 本文算法在判断插值方向上的准确率更高; 可抑制其他算法插值后出现的斑点现象, 图像边缘清晰、完整。平均每个像元, 本文算法只需要56次算数运算, 不需要乘法和除法运算, 减轻了FPGA算法实现中IP核的负担, 易于硬件实现, 完全满足项目需要。

三阶彗差是同轴三反消像散(TMA)光学系统镜面失调产生的主要像差之一。使用矢量像差理论分析了同轴TMA光学系统失调后彗差变化特性，给出了次镜和三镜像差偏移矢量的求解方法及公式，并推导了系统次镜和三镜失调导致的彗差增量系数公式，证明了三镜在X-Y 平面内偏心产生的彗差可以通过一个固定比例的次镜偏心量完全补偿，提出了次镜对偏心三镜的消彗差补偿条件、次镜和三镜各自的X-Y 平面偏心无彗差条件。计算了同轴TMA光学系统中三镜失调的两个例子，在消彗差补偿条件下，经过次镜主动偏心补偿，全视场均值彗差增量仅为未失调前的0.6%和1.9%，证明了消彗差补偿条件的正确性。

为了克服遥感相机分辨力受电荷耦合器件(CCD)像元尺寸的限制，利用系统超过奈奎斯特频率地物信息的成像能力，研制了在线阵方向和推扫方向同时错位半个像元的双线阵CCD 相机高分辨成像系统，给出了该系统提高分辨力的原理。高分辨模式下，为避免均值法插值造成的拉链效应，提出了一种基于综合梯度因子判断插值方向的单向插值法；超分辨模式下，利用现场可编程阵列(FPGA)片上随机存取存储器(RAM)对图像进行交错重组实时输出高分辨率图像。利用Wiener 滤波的方法对高分辨率图像进行复原，使两种成像模式输出图像的灰度平均梯度(GMG)分别提升62.5%和78.3%。实验表明，所提出插值算法使图像边缘清晰完整，插值效果优于均值法，且易于硬件实现；两种成像模式均可降低图像频率混叠现象，分别提高1.16 倍和1.6 倍系统分辨力，错位采样技术实现了系统高频信息成像能力的有效利用及高分辨成像。