偏振光衍射成像技术可以提供丰富的与细胞结构及组成成分相关的信息，在生物细胞无损检测领域具有重要的研究和应用价值。本文对酵母菌结构特征参数与其偏振衍射特征之间的定量关系进行了深入分析，分析结果表明：酵母菌单体短轴尺寸与偏振衍射条纹空间频率之间存在定量关系，基于偏振衍射实验测量图像可以实现酵母菌单体短轴尺寸分布的快速统计，并且酵母菌单体长短轴之比与退偏系数之间成高斯线性相关（R²=0.9986）。此外，结合偏振衍射图像纹理特征与支持向量机聚类模型可以实现酵母菌发芽率的快速统计，准确率为98.1%。利用多元线性回归模型可以预测出酵母菌母体和芽体的短轴比，模型调整后的决定系数为0.86。本研究结果可为基于偏振衍射特征的细胞结构参数反演研究提供借鉴。

非视域成像可对视域外场景进行重建成像。与传统成像不同，其将隐藏场景返回的间接信号导入重建算法实现目标场景重建，在**、生物医学、自动驾驶、航空航天及灾后搜救等领域具有重要的应用价值。总结近年来国内外对非视域成像技术的研究进展，依次介绍3种非视域成像模式，包括基于飞行时间的非视域成像、基于相干信息的非视域成像（含基于散斑图案和空间相干两种方法）、基于强度信息的非视域成像。基于相干信息和强度信息成像模式的硬件参数、重建算法、重建时间和图像分辨率等的特点和存在的局限性，分析并讨论非视域成像的发展趋势。

强度关联衍射成像是一种新的衍射成像方法, 该方法基于光场高阶关联特性, 通过计算参考臂与探测臂光强涨落的强度关联, 能够非定域地获取目标物体的傅里叶衍射谱信息。作为一种新的成像方法, 强度关联衍射成像具有非定域、弱光成像、成像分辨率高等优势, 能够解决一些常规成像难以解决的问题, 近年来受到了广泛的关注, 未来有望在生物医学、材料科学等众多领域实现应用。本文简述了强度关联衍射成像的最新进展, 同时介绍了一些图像重构的新算法, 最后指出该成像方法目前仍然存在的问题并对其未来发展进行了展望。

光谱成像技术能够同时获取被测物体的二维空间及一维光谱信息，在科学检测与研究中发挥着重要作用。传统的高光谱成像系统存在着光学系统复杂、含有精密运动器件、曝光时间长等问题，这些问题极大地限制了其在许多场景的应用。介绍了一种基于旋转衍射机理的快照式高光谱成像系统，通过单次曝光成像和图像重建即可得到待测目标的高光谱信息。提出了一系列的系统设计优化方法以提升系统的成像性能和实用性，通过折衍射混合系统缩短光学系统后截距，通过引入前置光学系统探测远距离目标。实验结果表明，所提出的优化设计方法能够有效提高系统感光能力，提升重建图像的质量。

面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求, 提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题, 基于正则化理论框架和等晕区分块思想, 提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法, 研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题, 结合小波阈值滤波与非线性变换, 提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证, 实验结果表明: 当空变等级达到了30时, 恢复结果与原始图像的结构相似度在08以上, 信噪比提升10%以上, 信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时, 提高了图像的信噪比, 对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。

将叠层扫描成像技术(ePIE)用于成像透镜透射波前的高精度测量。将透镜的透射光束照射至一个固定于二维扫描台的衍射物上,并在其后的探测器上形成衍射光斑,扫描台横向扫描并记录衍射物在每个位置所形成的衍射光斑,采用ePIE精确重建衍射物体的光场复振幅,并据此反演出透镜后表面的透射光波前;移去透镜后重复上述步骤,可以重建入射到透镜上的光束波前;将透射波前减去入射波前即可得到透镜的透射波前。该方法具有准确性高、结构简单、成本低廉等优点。

相干衍射成像技术是一种无透镜计算成像技术。该技术通过迭代算法求解相位问题, 直接从衍射强度数据重构物体的振幅和相位图像信息, 可获得由照明光源波长和数据记录有效数值孔径决定的衍射极限分辨率。由于相干衍射成像技术不依赖于高质量光学成像元件的使用, 因而适合用于深紫外、X射线以及电子束等诸多很难制作高性能成像器件的辐射源。过去20年来新型光源(冷致电子枪、第三代和第四代同步辐射光源、自由电子激光器)、单粒子计数高灵敏度、宽动态范围面阵检测器的迅猛发展, 也极大地促进了相干衍射成像技术的发展。目前相干衍射成像在材料科学和生物学等热门学科方向上已经显示出了相较传统方法的独特优势, 在部分应用上已经逐渐成为主流技术。文中概略回顾相干衍射成像的发展历史。重点介绍叠层扫描相干衍射成像和相干调制成像这两种快速发展的技术。

提出一种分束调制技术来实现高精度单次曝光相位恢复成像,将待测光束用二维光栅分成一组彼此相同的衍射光束簇,并同时入射到一个结构已知的调制板上,当调制板为弱衍射物体时,在探测器上形成一组彼此相分开的衍射斑阵列。联合这些衍射光斑和弱衍射物体的透射函数,可通过一次曝光迭代计算出待测量光束的强度和相位信息,同时具有Gergberg-Saxton算法等单次曝光方法的成像速度快和相干叠层衍射成像算法等扫描成像技术的高信噪比和高精度等优点,对X射线成像和高功率激光光束在线监测等领域有重要的实用价值。

传统单光束多强度重建(SBMIR)系统中, 多次平移图像传感器所积累的误差导致光电成像系统的成像效果及有效分辨率降低, 为了解决这一问题。本文提出基于平行平晶的三步相干衍射成像系统, 采取插入或抽取 2块平行平晶的方法获取 3个不同的衍射面, 实现了对复振幅型物体的成像及恢复重建。数值模拟及实验表明, 系统有效克服了SBMIR系统中数次平移的误差积累问题, 且仅需记录 3个衍射面, 避免过采样。而且光学系统实现简便、可重复性高。

In the single-beam illuminating 3PIE (ptychographic iterative engine) method, the specimen is vertically illuminated without considering the influence of oblique illumination on the reconstruction result. In this paper, a dual-beam illuminating 3PIE method is proposed on the basis of the single-beam illuminating 3PIE method, and the simulation result shows that the reconstructed images are influenced by the phase inclination factor of the initial guessed illumination light beam. In the process of iterative recovery by the proposed method, two light beams are used to update the complex amplitude distribution of the same specimen area. The proposed method is demonstrated theoretically and experimentally. The results verify that the method can improve the convergence speed while weakening crosstalk between different specimen slices, and it is suitable for three-dimensional depth resolved imaging.