人类社会正处于信息爆炸的大数据时代，迅速膨胀的数据在持续高速增加，需要越来越大的存储容量来承载。高密度光存储技术具有非接触、抗电磁干扰、存储密度高等优点，为更好地存储、处理、分析每天产生的海量数据提供了优质方案。然而，光储存记录点的尺寸受到衍射极限的限制，传统光存储技术的存储密度难以大幅提升。近年来，随着多参量光场调控技术的发展，高数值孔径物镜聚焦下的结构化光场有了更新颖的结构、更丰富的维度和更小的尺寸，为高密度光存储提供了更多选择。本文将综述光场调控技术在紧聚焦焦场上的最新成果，介绍实现空间紧聚焦焦场的理论设计、模拟、实验、高效生成器件和应用。这些成果将会更好地服务于高密度光存储技术的研究与应用。

视觉信息是人类对周边环境进行感知的重要手段，光学成像和图像处理技术能大大扩展人类“视域”，使得人们获取图像的方式不局限于眼睛能见范围。散射效应导致光学成像装置的作用距离大幅下降，难以对远距离目标进行有效观测。人类对图像信息的感知，通常由对焦、校正和立体视觉形成，三个步骤互相耦合完成。其中，对焦和双目图像信息校正过程可以通过光学系统和数字图像处理的方法进行优化，提高强散射背景下的图像对比度，进而使得散射条件下的图像信息得以被感知和分析。然而，在目前技术条件下，机器立体视觉仍难以达到人类视觉水平，而人类视觉系统仍然是图像感知和分析的重要终端。可以预见，在低能见度条件下实现光学图像信息的精确获取与分析，仍需要实现人类视觉系统和机器的双重结合，发展包含人类视觉在内的立体视觉全局优化技术。主要介绍了在大气和水下浑浊条件下实现光学成像和实现图像融合的物理极限和关键影响因素，并展望人类的立体视觉在提高光学成像能力方面的作用。

散射光学成像恢复是光学成像领域最重要的研究课题之一。科学家已经提出各种技术实现不同散射环境下的成像恢复。其中,散斑相关性的解卷积技术具有成像质量高、恢复速度快和易于集成等优点。简要综述了散斑相关成像的进展,从光学记忆效应和解卷积原理出发,介绍点扩展函数新物理特性及其在成像恢复中的应用,总结点扩展函数的间接获取方法,最后提出光场全要素(plenoptics)的概念。光场的全要素探索有望在更复杂散射环境中提供更全面的信息,使散射光学成像技术在生物、医疗、海洋、**和日常生活等场景中更具应用前景。

为了更好实现3D虚拟键盘对人手型的分割，建立了一套基于颜色空间和背景减除的手型分割方法。对原有的单颜色空间处理方法进行了改良与创新，提高运算速度和鲁棒性。介绍了原有颜色空间算法的原理和步骤，并给出该方法的效果图和运算速度。根据颜色空间处理方法的原理分析程序中可以提高速度的部分，提出一些颜色空间算法无法解决的问题。在原有HSV颜色空间的处理中加入新颜色空间YCrCb，结合两者进行速度方面的提升，最后，在颜色空间处理之外，加入码本法背景减除，解决干扰色、手饰品干扰等颜色空间无法处理的问题。实验结果表明: 使用新颜色空间算法，运算速度提升，节省28.27%的时间; 加入码本背景减除后的指尖定位良好，平均误差小于2%。达到了提高3D虚拟键盘实时性和鲁棒性的要求。

为了制定裸眼3D关键指标的标准化测试方案,本文根据目前主流的自由立体显示和指向性背光技术的不同显示原理及其甜点的不同排列情况,分别设计了不同的测试方法,并对其进行串扰率、亮度、对比度、色温、色域等关键指标的完整测量与评价。测试结果表明,指向性背光式裸眼3D显示器的串扰率低达2.64%,远低于柱镜式（80.91%）和液晶光栅式（3.3%）裸眼3D显示器;亮度、色域、色温等指标上,指向性背光式显示也胜于柱镜式和液晶光栅式技术;而在对比度上,柱镜式裸眼3D显示凭借较佳的亮度,取得最优秀的数值,明显强于液晶光栅式和指向性背光技术。

时空混合控制式自由立体显示是一种新型的自由立体显示技术,具有全分辨率和低串扰率优点,消除了背光源刷新与屏幕图像刷新不同步所导致的时域串扰率升高,这是时空混合控制式自由立体显示的关键问题之一。本文介绍了时空式立体显示系统的原理和动态背光的工作方式,提出了扫描式和垂直式两种不同的背光源刷新方式,着重对比了两种背光源刷新方式对屏幕亮度和串扰率的影响。通过实验测量给出了时空式自由立体显示系统背光源刷新的最优化参数设置。在优化配置条件下,系统串扰率低至2.64%,证明动态背光同步技术可以有效降低系统的时域串扰率。

为了更系统、科学地评价眼镜式立体设备的显示质量，本文对目前主流的眼镜式3D显示器进行串扰率、亮度、对比度、色温、色域的测量。首先，根据眼镜式立体设备的成像原理设计相关的测试方案。测试结果表明，色分式3D显示器左眼串扰为3%，右眼为9%，偏振式3D显示器水平方向串扰最低为179%，垂直方向串扰呈振荡分布，时分式3D显示器的串扰最低，达037%[眼镜式3D显示器的亮度在3D模式下均发生较大程度的下降，其中时分式3D显示器在3D模式下亮度仅为697 cd/m2，其对比度也随之发生大幅下降[色域方面，时分式显示器在3D模式下色域覆盖率为727%，相比2D模式存在明显下降，而色分式3D显示器在3D模式下的色域覆盖率最小，仅为03%。上述数据可为设备的选择和产品性能的优化提供有益参考作用。

描述了裸眼3D显示设备的关键指标, 包括左右通道串扰率、显示色温、色域覆盖率、分辨率的检测方式与结果。研究结果表明, 双视点全高清裸眼3D显示原型机在2D模式以及3D模式下均能保持1 920×1 080像素的分辨率, 亮度为258 cd/m2, 色温值为5 686 K, 色域为70.83%的NTSC色域饱和度, 视区内的串扰率低至3.62%。