针对传统衍射透镜在可见光波段工作波长单一、色散严重等问题，提出一种能同时在多个波长工作的衍射透镜的设计方法，该设计方法可以让衍射透镜在几个波长处具有相同位置的焦点，解决了传统衍射透镜在成像时焦点偏移的问题，将所设计的透镜命名为多波长衍射透镜。通过最小化一个目标函数来寻找衍射透镜表面每一个位置的最佳微结构高度，该目标函数描述了多波长衍射透镜在工作波长处的复透射函数与传统衍射透镜的复透射函数的偏差。基于该方法设计了适用于三波段的衍射透镜，并采用标量衍射理论进行仿真分析，结果显示其在设计波段内具有良好的消色差效果。

本文主要研究了CaO含量对CaOB2O3Al2O3SiO2(CBAS)玻璃/Al2O3低温共烧陶瓷结构和性能的影响。利用DSC、FTIR、XRD、SEM等测试方法对玻璃和低温共烧陶瓷的结构进行表征与分析。研究结果表明，CaO含量低于40%(质量分数，下同)时，由其引入的游离氧增加破坏了网络结构，降低玻璃黏度。CaO含量为40%及以上时，Ca2+与［SiO4］四面体形成较大的阴离子基团，增大玻璃黏度，提高玻璃化转变温度。CaO会促进CaSiO3和Ca2SiO4的析出和CaSiO3向Ca2SiO4的转变。CaO含量增加导致陶瓷的致密度先增加后减少，晶相尺寸增大，使陶瓷的密度、抗折强度和介电常数先增大后减小。当CaO含量为40%时，样品综合性能最好，密度最大为2.94 g/cm3,抗折强度为153.44 MPa,介电常数为9.69。

针对目前光学设计中，通过增加光学元件数量、限制视场角等方法来平衡像差，导致光学系统较复杂的问题，提出了一种基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计方法。使用光学设计软件Zemax进行光学设计，使用DLL编写了一种可以自定义的表面面型，使用这种表面进行分区优化，并结合标量衍射理论进行了成像效果分析。结果显示，所设计的谐衍射透镜具有21°的视场角，截止频率(以0.1作为对比度极限)为11.4lp/mm，并通过实验验证了该透镜的大视场单透镜成像的可行性。

传统衍射光学元件（DOE）在宽波段工作时存在的严重色散限制了它在宽波段成像中的应用。提出一种基于编码优化的消色差衍射透镜设计，对整个衍射透镜的微结构高度进行编码后，利用粒子群优化算法进行优化，以平衡各个波长在特定焦距下的聚焦作用，使各波长的点扩展函数（PSF）变得几乎相同，实现400~700 nm连续可见光波段中消色差的目的。对传统DOE、分区方式消色差DOE和所提出的编码优化消色差DOE进行仿真验证和成像测试。结果表明，相较于其他两种DOE，编码优化DOE在各波长下的PSF更一致，可见光下截止频率提高至8.6 lp/mm。相较于传统DOE和分区消色差DOE，所提出的编码优化DOE在可见光下具有更好的消色差能力和更高的分辨率。

为了得到置信度更高的超分辨率先验模型，实现重建结果在噪声和细节之间的平衡，建立了基于混合稀疏表达框架下的高斯?洛伦兹混合先验模型。研究了该先验模型在超分算法中的应用优势和具体的应用方案。首先，根据先验信息的类型介绍了一些超分辨率算法的优势和问题。接着，提出对图像不同分量的统计特点进行单独建模的应用方法。然后，在分析了混合稀疏框架、高斯吉布斯先验和洛伦兹先验的基础上，说明了基于群稀疏框架下的高斯?洛伦兹混合先验的超分辨率算法。最后，介绍了具体实现环节和最终迭代方案。实验结果表明，本文基本完成了在重建过程中保持细节的同时抑制噪声的改进目标，可以用于更多复杂环境的超分辨率重建要求。

精密控制技术离不开光机电结构配置、电机驱动、传感器、控制算法以及载荷平台的发展，它是实现高精度光电跟踪的必要手段。无论固定地基平台还是运动平台，扰动抑制、目标跟踪以及分布式智能协同的三大关键技术始终是光电跟踪控制系统面临的技术难点。本文综述了针对上述几大关键问题的精密控制技术，展示了一些先进和前沿控制技术的研究成果，同时指出未来重点研究方向的主要思路。根据扰动影响的不同机理，从精密驱动、惯性稳定、振动控制三个方面介绍了相应扰动抑制技术的研究进展以及热点，并强调基于 Stewart平台的振动与指向一体化技术是空间光电跟踪系统的重要技术方向。复合轴控制系统仍然是提高目标跟踪最有效的根本方式，最基本的技术问题是提高精跟踪倾斜镜跟踪系统的性能。观测器控制尤其是仅有误差测量的观测器技术特别适用于复合轴光电跟踪系统，发展三级或者更高级的复合轴系统应该特别注意高性能电机的应用。最后，提出多智能协同光电系统是光电跟踪领域未来重点的发展方向，需要研究多智能体的协同定位、编队控制以及载荷平台一体化等精密控制技术。

微结构薄膜望远镜通过表面微纳结构调制光波相位和传播方向，具有轻量化、公差容限大、易于折叠展开的特点，因此成为大口径轻量化空间光学成像技术中的颠覆性技术。本文通过对国内外微纳薄膜望远镜研究进展的调研和分析，概括了薄膜望远镜研制的关键技术和主要技术途径，重点分析了薄膜材料制备、微结构类型研究、系统光学设计理论等内容。微纳薄膜望远镜研制涉及材料、空间环境工程、微纳加工工艺、精密机械和二元光学等众多交叉学科，随着工程化程度要求的提高，会出现新的技术问题，而随着问题的解决很可能获得具有影响力的科技成果。

由于受成像原理的限制, 导致超声图像对比度低、边界模糊, 因此基于边界的水平集分割效果很不理想。为了提高超声图像的分割精度和分割效率, 提出了一种梯度信息与区域信息相结合的水平集分割算法。首先对基于边界的距离正则化水平集演化(DRLSE)模型进行改进, 将区域信息引入到边界指示函数中, 并用改进后的边界指示函数代替DRLSE模型中的边界指示函数, 最后, 得到一个梯度与区域信息相结合的水平集演化模型。结果表明, 本文中的模型能准确分割甲状腺肿瘤超声图像, 且在分割效率和分割精确度方面均比DRLSE模型有所提高。

将频域中常规卷积的定义推广到分数域中,得到了分数卷积的频域定义,给出了它的空域表达和光学实现装置,进行了计算机模拟实验。结果表明:分数卷积与常规卷积相比较其峰值降低,但对底座的展宽作用没有变化。此结论对完善分数傅里叶的知识体系具有重要的理论意义,同时为滤波器的设计提供一个新的理论指导。