光学显微具有对样品损伤低、可特异性成像等优点，是生物医学、生命科学、材料化学等多个领域中必不可少的成像手段。然而，传统光学显微镜多采用平行光照明整个样品，无法有效区分在焦信号和离焦背景，不具备三维层析成像能力。基于此，提出一种基于共振扫描的稀疏结构光照明三维层析显微（SSI-3DSM）技术，通过共振扫描聚焦光斑快速生成稀疏条纹结构光，利用多步相移减除背景噪声实现对待测样品的三维层析成像。相较于扫描宽场成像，该方法将轴向分辨率提升1.3倍，信背比提升12倍。此外，该技术性能稳定、成本较低、便于商业化开发，可与结构光照明、单分子定位等超分辨显微成像技术相结合以进一步提高横向分辨率。

在光学三维成像领域，双目视觉三维成像、飞行时间成像、结构光等方法为深度信息获取提供了多种可能性，但上述方法均存在一定的技术局限性。偏振作为光波的特有属性，提供了更多维度的信息，将光学偏振特性应用至三维成像，可以在一定程度上弥补现有三维成像方法的不足。基于不同的三维成像原理，从偏振特性的应用方式出发，分别介绍了近年来国内外在三维成像与光学偏振相结合方面的研究思路、方法与成果，涵盖偏振双目视觉三维成像、偏振飞行时间及偏振结构光三个方面，同时对比了三类融合光学偏振的典型三维成像方法的特点、适用场景等，总结了各类方法的优缺点，为该领域的后续研究提供了指引。

提出一种制造辅助的光学相干层析成像(M-OCT)方法来实现高分辨、无损、全纵深、大体积成像。该方法融合离散制造原理和显微层析成像方法,在离散制造过程中通过OCT获取高分辨率图像,离散制造和OCT扫描同步或交替进行,结合图像拼接算法,在完成制造的同时获取制造样品的三维全纵深图像。利用三维(3D)打印技术构建高分子支架并进行M-OCT验证,成像结果与微计算机断层扫描技术(Micro-CT)结果一致,而M-OCT相比Micro-CT可以更清晰地分辨出相邻层材料堆积融合状态及制造缺陷。基于M-OCT的高分辨率成像结果,量化了整个支架的打印层厚、不同区域的孔径、丝径。大体积、高分辨OCT为3D打印、细胞组装、生物制造、自动切片等离散制造过程的监控及无损检测提供了一种新方法。

提出一种非轴向扫描的细胞显微深度成像技术, 在显微系统中加入菲涅耳透镜, 利用菲涅耳透镜的色散将不同激发光波长聚焦到不同的轴向位置, 以实现对两个或多个焦平面同时成像.基于405 nm和532 nm两种激发光波长, 在传统的荧光显微镜的激发路径中加入对应的两个成像探测器来探测两个不同焦平面所对应像面的成像信息, 搭建得到一个能够实现探测深度约为12 μm的基于菲涅耳透镜的荧光显微深度成像系统, 并与基于显微物镜色差无菲涅耳透镜的荧光显微深度成像系统的成像深度和轴向分辨率进行实验对比.实验结果表明: 加入菲涅耳透镜能够实现系统对不同焦面的同时成像; 对于同一荧光波段, 保证系统横向分辨率的同时, 扩大了成像景深.该系统可以实现荧光生物细胞内部不同深度处的多波段同时探测.