针对传统轴向移动机械光学变倍系统结构复杂、体积大的问题，提出基于Alvarez透镜的横向移动红外光学连续变倍系统。该系统由两组Alvarez透镜、光阑、定焦透镜和红外探测器组成。两组Alvarez透镜构成开普勒式望远结构，其中，第一组Alvarez透镜作为变焦组，第二组Alvarez透镜作为补偿组。无限远入射光线经过两组Alvarez透镜后出射，出射的平行光通过定焦透镜聚焦成像到红外探测器的靶面上。使用Zemax软件进行光学仿真，该光学变倍系统覆盖8~12 μm的长波红外波段，最大视场角为6°，最大入瞳直径为6 mm，F数为2，畸变量小于2.1%，光学总长度约为74 mm。Alvarez透镜仅需横向移动约1 mm即可实现5×到15×的连续光学放大。该系统在红外探测器分辨率为320×240、像元尺寸为30 μm时调制传递函数达到0.5@17 lp/mm。仿真设计结果表明，该系统具有放大倍率大、结构紧凑、成像质量高的优点，有望应用于小型化红外变倍成像领域。

三维物体的空间结构复杂，光波场很难用具体的函数准确描述，三维显示非常困难。提出一种硅基微机电系统（MEMS）二维扫描平台与超表面元件集成的三维显示技术，利用视觉暂留特性，建立快速三维显示扫描片上结构，理论上实现了物像信息的三维图像的重构。利用层析法实现物体的三维显示，采用Gerchberg-Saxton（GS）算法获得单层二维图像单元相位值，建立基于几何相位原理的二维超表面结构，获得了二维全息平面像。依据空间、时间序列构建了由离散的多层超表面二维全息像形成的物体三维显示。结果表明：所获得的二维全息像峰值信噪比大于20 dB；所设计的片上二维扫描平台在0.1 s内能够完成9幅二维全息像的叠加，三维显示的帧率达11 frame/s。研究成果为快速调制的三维显示提供了微型化的系统级解决方案和理论模型。

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段，而视觉测量具有极大的应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题，提出一种利用恒星和基准长度尺使多相机视觉测量系统实现外方位参数标定的方法。首先提出一种基于相对外方位参数的恒星和基准长度尺成像模型，解决无人工目标点时多相机空间位置和姿态的解算问题；然后提出一种基于先验误差估计的加权联合平差算法，将三类不同数据融合，实现多相机外方位参数高精度标定。实测实验表明，利用所提标定方法，恒星和基准长度尺端点像面误差的标准差分别为0.48 μm（1/7像素）和0.21 μm（1/16像素）。另外，在2.5 m×1.4 m的测量范围内，所提方法的空间X、Y和Z坐标误差的标准差分别为0.15 mm、0.04 mm和0.05 mm。所提方法能为视觉测量在轨应用中面临的系统参数标定问题提供方法和参考数据。

提出一种基于双层半色调图像联合编码的光场显示装置。该装置由准直背光、双层菲林片、滤光片、非球面柱透镜阵列和垂直扩散膜组成。菲林片用于显示半色调光场编码图像，滤光片用于实现红绿蓝三色通道，非球面柱透镜阵列和垂直扩散膜用于调控光线的出射方向。为了实现超多视点和高灰阶的光场显示，利用双层菲林光场编码提升视点数目，利用半色调图像联合优化方法合成双层菲林结构上的光场编码图像，扩展灰阶范围。在验证实验中，实现了超多视点、高灰阶、彩色的三维光场显示效果，视点数量达到165个，灰阶达到256×256×256。

为满足枪瞄镜在军品中的需求，设计了一套可实现 8~32 倍连续变倍的枪瞄镜。阐述了本套枪瞄镜的设计思路与设计方法。首先根据设计指标，对物镜组，目镜组以及中继转像镜组进行指标分解计算。随后对物镜、目镜以及整个枪瞄系统进行高斯光学设计，确定整体系统的复杂程度及光学结构参数。然后根据高斯结构设计结果，进行初始结构选择，依据设计指标选择优化操作数，进行系统优化。最后完成整体系统设计与优化结果的评估。最终的设计结果中：枪瞄镜物镜口径 56 mm，目镜口径 50 mm，系统总长 410 mm；低变倍比组态畸变 2.4%；高变倍比组态的轴上弥散斑半径 6.2 μm，轴外弥散斑半径 8.3 μm，像差指标符合设计要求，有效地解决了产品加工成本较高的问题。

加工过程状态监测是实现加工状态智能监控的前提和基础。针对加工过程中的故障特征多种多样，单一传感器采集的信息不全面以及得到的诊断结果可靠性低的问题，基于LabVIEW 平台开发了多传感器加工过程智能监测系统，该系统可以对加工过程中的电流、振动、噪声和声发射信号进行采集、存储、分析和诊断。实验结果表明，该系统可以准确地采集多传感器信号，同时能对信号进行存储、分析和诊断，可以提高机床加工效率和产品质量，减少生产过程中的损失和浪费，可在实际生产中实现更加智能化和高效化的加工状态监控。

核酸检测方法可快速鉴定特异基因指标，但其广泛应用受限于多种仪器设备串行使用以及对操作人员的高专业技术要求。本团队开发了一套注射式微流控芯片全集成核酸分析系统，该系统主要包含两大模块，分别是可以为不同类型临床样本提供多种核酸提取方法的全自动注射式核酸提取模块，以及基于微流控芯片的微纳体系多指标联合并行检测等温扩增核酸检测模块。这两大模块既可以单独发挥各自的功能，也可以组合成全集成注射式微流控芯片核酸分析系统，形成全集成自动化、微纳反应体系、快速、多指标联合并行检测的核酸检测分析平台。采用本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统，分别对热带念珠菌标准株培养菌液和64例外阴阴道念珠菌感染疾病的临床拭子样本进行检测。结果显示：本系统对菌液的最低检测限为3.95×10² CFU/mL，而且样品制备更方便快捷，仅需1次加样操作，核酸提取时间为10 min；64例临床样本检测效果与金标准培养法相比，卡方检验为1，Kappa值为0.950，说明两种方法无显著差异，且一致性很高。本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统，可以为临床多指标微纳体系核酸快速检测提供一个可靠的平台，为临床医疗应用提供精准快检技术与便捷分析仪器支撑。

近红外光谱断层成像是一种可以获得乳腺组织内部光学特性，弥补传统乳腺影像学检查方法的不足，具有无创无辐射、高特异性等特性，在乳腺成像中有重要应用价值的光学成像技术。近红外光谱断层成像系统对该技术在乳腺疾病临床诊断中的应用起着重要的作用。然而，近红外光谱断层成像系统的空间分辨率低，限制了其在乳腺成像中的应用。将连续波模式与频域或时域测量模式相结合，并融合临床用的数字乳腺断层摄影、超声或核磁共振成像等技术有助于解决上述问题。先对近红外光谱断层成像系统的测量模式、多模态系统和多模态融合技术进行梳理、对比，然后介绍了该技术在乳腺成像中的最新应用，进一步讨论了乳腺近红外光谱断层成像系统未来的发展方向。