图像融合时, 两路异源视频输入往往会因为光学系统和空间位置的差异而造成两路图像存在视差, 进而造成图像融合时出现虚边、伪影问题, 因此在图像融合前需要进行图像配准工作。针对当前异源图像配准存在的实时性差导致无法在实际工程中应用的问题, 提出了一种基于RANSAC和互信息的图像配准算法, 通过将不同维度的配准运算划分到初始配准和实时配准中, 同时引入Powell优化算法加速搜索, 在不降低配准精度的同时保持了较高的实时性。最终用所提算法进行了基于Zynq的嵌入式硬件移植和算法加速, 实现了高精度、高实时性的嵌入式图像配准系统。

目标跟踪中准确的遮挡检测对于跟踪算法适应性的提高至关重要。针对传统的遮挡检测方法对局部遮挡等情况判断准确度低、适应性差的问题,提出一种基于前后向误差比较并辅以区域标准差比较的方法的跟踪遮挡检测方法。该方法对目标在时序上进行前向和后向跟踪,通过比较前向跟踪和后向跟踪的轨迹误差并结合最佳匹配区域标准差的进行特征性检验确定是否发生了跟踪遮挡。相对于传统的跟踪遮挡检测方法,其优越之处在于克服了相似性阈值选择不当引起的目标跟踪遮挡判断不准确及适应性不强的问题。实验证明,本文提出的方法能够实现对目标跟踪遮挡的有效检测。

针对传统K-均值算法容易受到野点和噪声点的影响，缺乏鲁棒性的问题，提出了一种基于协同熵的K-均值算法。该方法利用协同熵作为一种局部的相似度度量手段，并依赖最大协同熵准则进行最优聚类中心的求解。采用迭代重加权的优化算法可以用来快速实现最优聚类中心的求解。对于残差较大的野点和噪声，它们在聚类中心更新的过程中将被赋予较小的权重。实验结果表明，基于协同熵的K-均值算法具有较好的鲁棒性，并获得较好的聚类效果。

采用侧面泵浦Nd∶GdVO4晶体的方式, 利用I类相位匹配LBO(LiB3O5)晶体进行腔内倍频。腔型采用平凹直腔, 利用软件模拟优化谐振腔腔镜曲率半径、腔长以及晶体放置位置等参数, 在最大注入电功率750 W时获得9.7 W的671 nm光输出, 重复频率10 kHz, 发散角7.9 mrad, 电-光转换效率约为1.3%。

为了获得高功率高效率3 μm～5 μm中红外激光输出，利用双声光调Q晶体，通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦双棒串接技术，获得高功率高光束质量1.06 μm激光双端输出，外置起偏器获得4束激光输出，利用波片偏振旋光原理，实现4束偏振态一致的激光输出，泵浦非线性晶体PPLT进行频率变换，实现高功率3 μm～5 μm中红外激光输出。在电源输入电流30 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下，获得最高功率10.6 W的3.9 μm中红外激光，1.06 μm～3.9 μm转化效率为9.5%。实验结果表明：通过双声光调Q技术和LD侧面泵浦双棒串接技术，可以实现4束高重复频率窄脉宽1.06 μm偏振激光输出，泵浦PPLT可获得高功率3.9 μm中红外激光输出。

针对红外搜索跟踪系统中全范围快速搜索和跟踪成像视场不同的问题，采用线列探测器配合高速转台和高均匀性扫描器，设计实现了一种360°全方位搜索和跟踪的成像系统。实验结果表明，该系统成功实现了360°全景扫描，在搜索到目标后可快速转入跟踪成像，由搜索转入跟踪成像状态的稳定时间小于1.94 s，系统性能指标达到实用要求。

设计了一种基于中/长波双色焦平面阵列探测器的红外多视场变焦距光学系统，通过在窄视场光路中插入不同镜组的方式实现宽、中、窄视场的转换，并利用谐衍射原理和非球面设计进行像差平衡，其工作波长范围为中波3～5 μm、长波7.7～9.5 μm，F数为3，变倍比达到18∶1设计结果表明，在中长波双色工作模式下，中长波各个视场的MTF均接近衍射极限、中波红外70%的能量分布在一个探测器像元内、长波红外60%的能量分布在一个探测器像元内、温度适应性好该双色多视场光学系统在军民用光电探测领域有重要作用和广阔的市场前景

为了获得高效率3 μm~5 μm中红外激光输出，利用电光调Q晶体RbTiOPO4(RTP)，通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦技术，获得高重频窄脉宽1.06 μm激光输出，泵浦非线性晶体周期极化钽酸锂(PPLT)进行频率变换，实现高功率3 μm~5 μm中红外激光输出。在电源输入电流20 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下，获得15 W的1.06 μm激光。利用该1.06 μm激光泵浦PPLT获得最高功率为2.6 W的3.9 μm中红外激光，1.06 μm到3.9 μm的转化效率为17.3%。实验结果表明：通过高重频电光调Q技术和LD侧面泵浦技术，可以实现高重频窄脉宽1.06 μm偏振光输出，泵浦PPLT可获得高功率高效率3.9 μm中红外激光输出。

利用1.06 μm光泵浦周期极化钽酸锂(PPLT)晶体获得1.54 μm激光。采用内腔式光参量振荡结构,利用V型腔优化谐振腔参数,分析了OPO晶体内光斑大小随激光工作物质热焦距的变化以及V型腔夹角对光束质量的影响。当泵浦电功率约为100 W时,获得高重复频率10 kHz、脉冲宽度125 ns、平均功率1.9 W的1.54 μm激光,电光转换效率约为1.9%。

为了获得高功率窄脉宽532 nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064 nm激光输出。采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出。在电源输入电流30 A,调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064 nm激光输出,脉宽30 ns,倍频KTP晶体获得23.4 W的532 nm绿光输出,1 064 nm到532 nm转化效率为78%。实验结果表明：通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064 nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532 nm激光。