图像分层滤波器中引导滤波器因其滤波保边效果好和计算复杂度低, 在红外图像细节增强领域得到了广泛的研究与应用。但传统的引导滤波器固定的正则化参数.不能在所有场景下都取得较好的滤波分层效果, 所以本文提出基于局部方差的参数 .自适应算法, 以提高引导滤波器场景适应性。此外本文进一步通过自适应参数 .值, 提出了改进的基于噪声掩膜函数的细节层自适应增强算法, 从而在有效抑制了图像噪声水平同时提高了算法在不同场景下的细节增强能力。

将典型反远摄镜头设计方法与PWC法相结合, 从理论模型出发搭建初始结构, 借助光学设计软件ZEMAX辅助设计。得到一款工作波段436 nm、486 nm、546 nm、587 nm、656 nm, F#1.5, 全视场角160°, 光学总长18.5 mm, 可应用于车载后视系统的镜头, 比市场上现有产品指标有明显提升, 镜头高低温性能稳定、公差合理。结果表明将反远摄理想模型、PWC法及实际需求结合, 设计效果好, 镜头性价比高、性能优异, 为相关领域的镜头设计提供有益借鉴。

为了增大视场角、提高探测距离，本文设计了一款采用 640×512面阵非制冷机芯的红外成像导引头。首先分析了红外成像导引头多种结构型式，结合本文设计要求的特点，选择了万向支架式的结构型式；其次对红外导引头光学系统进行像质优化，并对框架角及盲区的满足情况开展分析；最后以实物样机的试验情况，说明此红外成像导引头成像质量良好，能满足搜索、跟踪目标的要求。

红外图像处理中，由于非制冷红外探测器工艺技术上的原因，原始的红外图像包含多种噪声，尤其是椒盐噪声、固定或随机条纹噪声。当前有许多红外图像降噪的滤波算法，但在时间、空间、降噪效果、细节保持等方面各有侧重，难以实现完美结合。如何更快速、更高效、更准确地滤除噪声信息，保留更多的细节信息，是今后红外图像处理降噪研究的关键方向。本文调研了目前主流的红外图像降噪算法，并从传统滤波降噪、变换域滤波降噪、基于图像分层处理滤波降噪三大类别进行了分析比较，并且提出了一种结合传统算法和基于图像分层的自适应降噪算法，为今后的相关领域研究人员提供参考。

为了提升空间变化离焦模糊红外图像的图像质量，提出了一种基于图像质量评价的快速复原算法。本文提出的方法首先对模糊图像采用不同点扩散函数对应的截断约束最小二乘法算法进行复原而获得多幅复原图像，并对复原图像进行去振铃；然后对复原图像中每个像素为中心的区域进行图像质量评价，将采用不同参数复原的图像以图像质量评价的结果进行组合以获得最终的复原图像。由于无需对模糊图像点扩散函数估计，且采用了空间域运算的截断约束最小二乘法算法进行图像复原，实验结果表明，本文提出的算法能够对空间变化离焦模糊红外图像进行快速复原，算法运行速度较基于点扩散函数估计的方法大幅提升。

红外图像的动态范围压缩是红外图像可视化研究领域的重要研究方向。红外图像的动态范围压缩算法将直接决定原始红外图像的细节保留、整体观感等重要可视化指标, 某种意义上也可以说是细节增强的基础及保障。基于此, 本文调研了当前主流的宽动态红外图像的动态范围压缩算法, 将其分为基于全局压缩算法和基于局部压缩算法两大类, 并对这两类算法的核心思想、发展过程及优缺点分别进行研究分析并提出了改进方向及发展趋势, 为相关研究者提供参考。

针对红外图像噪声复杂多变, 在抑制噪声的同时, 还需要兼顾细节增强的问题, 本文提出了一种基于粗糙集的红外图像多维降噪算法。对采集到的红外图像通过引导滤波进行分层后运用粗糙集理论进一步多维度的分层, 分别处理后合并还原得到输出图像。综合对比主观观察与客观评价指标, 该算法能够对红外图像降噪有良好效果, 对弱小目标细节有良好的增强效果, 另外, 该算法复杂度较低, 具有良好的实时性, 在工程实现方面具有良好的应用前景。

图像融合的配准精度是关系到图像融合质量的一个重要性能指标。本文所述的红外与可见光图像融合物镜系统采取平行光路布局、光学被动热补偿的方式提高图像融合的配准精度。本文首先分析对比了机械热补偿方式与光学热补偿方式对提高图像配准精度的贡献；其次根据图像融合物镜系统的性能指标对红外物镜和可见光物镜进行光学被动热补偿的优化设计，并分析了对可见光物镜进行光学被动热补偿设计的必要性；第三从光学布局型式及畸变变化来分析图像融合物镜系统的图像配准精度；最后根据图像融合物镜系统的成像质量和图像配准效果，可得出融合图像质量好、能满足指标要求的结论。

现有的图像拼接系统具有拼接盲区的缺陷，对于监控系统会造成观察盲区，形成信息缺失，对监控安全造成威胁。本文为了消除图像拼接系统的拼接盲区，提出了一种新的无拼接盲区的图像拼接布局型式。首先，对具有拼接盲区的图像拼接布局型式与无拼接盲区的图像拼接布局型式的优缺点进行分析；其次，以 3个非制冷长波红外摄像机图像拼接系统为例，对非制冷长波红外摄像机镜头进行设计分析；最后，为了得到比较好的拼接图像，对待拼接的红外摄像机的畸变提出相应的处理措施。

现有所发布的大多数文献着重于图像融合算法的分析研究，很少有文献对采集融合图像的光学系统做出相应论述。本文根据手持融合观察镜的特点，对可见光/微光与长波红外图像融合、平行光路布局型式的融合物镜光学系统进行设计及分析。首先介绍了共光路光学布局型式与平行光路光学布局型式的优缺点，根据手持融合观察镜的特点选择了平行光路的光学布局型式；其次根据手持融合观察镜指标的要求对可见光/微光物镜进行“消热差”、定焦光学设计，针对长波红外物镜开展内调焦式光学设计；第三根据所设计的融合物镜光学系统，从平行光路光学布局型式、放大率及畸变变化 3个方面对图像配准精度进行分析；最后对手持融合观察镜实际场景的融合图像进行分析判断，得出融合图像质量好，能满足手持融合观察镜融合性能的要求。