Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光学器件。采用Zygo干涉仪、条纹反射面型仪以及X射线束流检测设备对龙虾眼光学器件球面成型精度和聚焦成像特性进行了测试。测试结果表明:微孔光学器件的球面面型精度均方根为0.72 μm,峰谷值为2.27 μm,曲率半径约为752.3 mm。在电压为2 kV,电流为50 μA条件下,横轴和纵轴的焦斑半峰全宽的直径约为0.39 mm和0.42 mm,对应的成像角分辨率分别为3.65 arcmin和3.93 arcmin。

研制了一套结构简单、易于操作的条纹反射测量系统,用以测试Angel型龙虾眼X射线镜片的面型。通过电荷耦合器件(CCD)相机拍摄40 mm×40 mm口径的龙虾眼镜片的条纹反射图像,计算得到了龙虾眼镜片面型的斜率误差分布,并通过积分得到了龙虾眼镜片的面型误差均方根及峰谷值,分别为0.81 μm和6.34 μm。该结果与Zygo干涉仪得到的面型分布规律大体一致。基于条纹反射方法重复测量面型得到的均方根和峰谷值的标准差分别为0.017 μm和0.11 μm,验证了条纹反射方法测量龙虾眼镜片面型的可行性。利用蒙特卡罗方法对待测龙虾眼镜片的面型误差进行X射线聚焦成像模拟,得到面型误差引起的弥散十字焦斑的半峰全宽为0.23 mm,对应的角分辨率为2.11'。该光学测量系统的建立为龙虾眼镜片的球面热成形提供了参考依据。

通过分析特征点密度与物点聚焦程度的关系，建立基于特征点密度的聚焦测度。将融合特征点密度与边缘信息建立新的聚焦测度，利用聚焦堆栈数据实现场景深度的估计与全聚焦成像。对于由边缘信息建立的聚焦测度在图像纹理区域存在不准确性，该方法可以有效地弥补这一缺点。将刻画边缘信息的Sum-Modified-Laplacian(SML)方法与特征点密度函数相融合建立新的聚焦测度，用于三维场景重构，实现了场景深度估计和全聚焦成像算法。实验结果表明，新方法有效地剔除了SML在纹理区域估计错误的深度值，保留了SML在边缘区域的优势，得到了高精度的场景深度图及其全聚焦图像。

为了提高在液态环境中对直径微米量级微球三维位置测量的空间分辨力，尤其是轴向的测量精度，将互相关算法对相似图像高精准的匹配特性与离焦成像法测量微球三维位置的思想相结合，讨论基于互相关匹配的离焦成像法测量微球三维位置的方法。实验表明，该方法对微球轴向位置4 min内连续定位的测量标准差约为0.64 nm，已实现对微球三维方向1 nm 阶跃变化的分辨测量，这在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。相同实验条件下，与同轴数字全息显微术对微球三维位置的对比测量和分析也初步说明了该方法在实际测量应用中的可行性与高精度的特点。

为了扩大传统剪切散斑干涉仪的检测视场，设计了一种反远距成像迈克尔逊式剪切散斑干涉系统。采用负透镜组与标准成像镜头组成反远距成像系统，分析了光路的成像参量，并利用ZEMAX软件进行了模拟; 讨论了发散光路时间相移的非均匀性，采用等步长相移算法进行相位解算可以弥补非均匀误差; 并对中心加载的橡胶平板进行了测量。结果表明,该系统能有效地扩大成像视场，采用3片焦距为-75mm的平凹镜片可以实现70°视场角的散斑干涉检测，通过调整平凹镜片的焦距和数量可以实时调整成像视场。

如何增大非相干光学成像系统的焦深已成为一项有意义的研究主题.为了增大焦深,通常的做法是缩小相对孔径,但这种做法会降低光学系统的光通量、调制传递函数(MTF)及分辨率,而大焦深成像系统通过在光学系统光路中加入一特殊设计的非球面掩模板,并用图像处理技术对相位掩模板编码后的图像进行解码得到清晰图像,保证了光学系统在维持原有相对孔径的同时扩大其焦深范围,使光学系统在离焦范围内有好的图像质量.从光线图和系统的MTF两个方面对大焦深成像系统的特性进行了分析,并对结果进行了讨论.

用平行光输入2N×2N元素阵列，采用2×2全息透镜阵列的虚焦点成像方式，实现了元素阵列的PS(Perfect Shuffle，即全混洗)光互连；透镜阵列直接实现PS光互连时，成像放大率为2N，成像距离lH与N成线性；当在全息透镜阵列后另引入一成像透镜L时，推导的成像距离公式和系统放大率公式表明:互连的成像距离主要与成像透镜焦距有关，成像放大率主要与成像透镜焦距和全息透镜焦距之比有关。相应的实验证明了各公式的正确性。