为缩短12寸晶圆检测成像系统的轴向和径向尺寸，提出一种小角度棱镜折转光路与超短物像距镜头相结合的解决方法。设计优于1/12λ（λ=632.8 nm）面形精度的小角度棱镜折转光路，实现照明系统与成像镜头的水平布置，径向尺寸仅为80 mm，在保证不影响系统成像质量的前提下，极大地降低了整个系统的径向尺寸，同时也实现了12°的小角度明场照明。设计放大倍率为0.264的对称混合型光学系统，采用纯球面系统获得较大成像视场，像高为81.92 mm，物像距仅为392.5 mm，极大地降低了整个系统轴向尺寸。设计结果表明，整个成像系统全视场平均光学传递函数优于0.4@100l p/mm，相对畸变优于0.03%，像面照度均匀性全视场优于50%。实际测试结果表明：全视场实际成像分辨率优于18.88 μm，达到了系统极限分辨率；全视场像面照度均匀性为43.3%，满足均匀性优于40%的研制要求。研究结果表明本文提出的超薄超短物像距高分辨率检测成像系统合理、有效，解决了12寸晶圆检测成像系统空间尺寸压缩的难题，并降低了研制成本，为后续近距离大尺寸物体检测成像系统的研制提供参考依据。

本文提出了一种基于Micro LED阵列的车灯投影方案，设计了以像素尺寸为80 μm×80 μm的200×150白光Micro LED阵列作为显示光源，视场角为16°×34°的车灯投影光学系统，并对物面倾斜角度和光学系统结构进行了优化。此外，分别采用反向畸变处理方法和像素灰度调制方法用以解决车灯投影图像的梯形畸变和照度均匀性问题，并搭建了投影实验平台，对图像校正方法进行了验证。实验结果表明：校正后图像梯形畸变系数p₁，p₂分别从0.0932和0.3680下降至0.0835和0.0373，像面照度均匀性从83.2%提高到93.2%。本文通过对基于Micro LED的倾斜投影车灯光学系统进行优化设计及采用图像校正方法，实现了高光效、低畸变的车灯投影。

为了提高发光二极管（light emitting diode，LED）光源阵列的光照均匀度，提出一种改进粒子群算法和新型等差LED阵列排布方式。根据光照分布模型建立了照射面的光照均匀度评价函数，使用改进的粒子群算法对新型等差LED阵列、矩形及圆形阵列进行优化。将优化后的LED阵列数据导入光学软件TracePro中进行仿真验证，得到优化后等差、矩形及圆形LED阵列的光照均匀度分别为82.89%、73.31%及78.56%，比优化前LED阵列的光照均匀度分别提高了15.84%、10.65%及15.57%。研究结果表明，改进后的粒子群算法收敛速度更快、精度更高，且提出的新型等差LED阵列有着更好的光照均匀度。

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题，以芯片封装质量视觉检测为例，提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上，建立标准条形LED阵列光源照度数学模型，获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值；基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数；提出改进樽海鞘算法，通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略，增强区域搜索的多样性；应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解，获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明：考察优化区域的相对照度分布，文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致，目标区域理论照度均匀度在98.78%以上，误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理，可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。

传统的植物照明设计只针对单一参考面均匀度进行评价，难以满足植物在整个生长过程中对均匀光照环境的需求。针对这一问题，首先提出了空间照明均匀度评价体系，并基于该体系设计了一种复合光源模块的立体化照明系统，以期构建照明均匀的植物生长空间。进一步利用Taguchi方法优化实验过程，在结合ANOVA分析的基础上，获得了最优结构参数。最后对所得最优解进行灯珠形状分析和植物生长过程中的照明效果测试。实验结果表明：最优结构可提供一个水平参考面照度均匀度为87.22%，混色均匀度为90.11%；竖直参考面照度均匀度93.02%，混色均匀度91.43%的均匀照明空间。该植物光源系统可满足植物生长过程中对均匀空间照明环境的需求。