短磁聚焦脉冲展宽分幅相机是一种具有长漂移区的二维超快诊断设备。通常采用轴上和离轴的点空间分辨率对其近轴空间分辨能力和工作面积进行评估，但由于像场弯曲会引起高斯像面的空间分辨不均匀，因此难以评价相机的整体空间分辨能力，所以研究一种能量化空间分辨能力的方法具有重要意义。为探讨新方法，采用COMSOL软件建立模型，基于场曲特性重建三维成像曲面，采用标准差分析成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，通过融合点空间分辨率和整体调制度构建高斯像面空间分辨率，并运用相对误差量化高斯像面空间分辨均匀性。研究结果显示，在组合磁透镜的孔距为200 mm、漏磁缝隙为10 mm、轴向宽度为100 mm、漂移区长度为400 mm、成像半径为21 mm、阴极为-3.75 kV的情况下，随着成像磁场变化，成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，以及高斯像面空间分辨率均呈开口向上的抛物线形状，并在成像磁场为41.97 Gs（1 Gs=10^-4 T）时，两像面偏离程度标准差达到最小，为2.82 mm，高斯像面空间分辨率提升至最优，为292.80 μm，表征空间均匀性的调制度差值降低至最小，为330%。本文研究为评估短磁聚焦脉冲展宽分幅相机的最优空间分辨性能提供了一种可量化的参考方法。

针对微流控芯片通道三维形貌的可视化测量需求，搭建了一套反射式离轴双波长像面数字全息显微测量系统。首先，利用分辨率靶和标准样片对系统的横向、纵向分辨率和放大倍数进行标定实验，结果表明双波长全息显微系统在横向宽度及纵向深度测量中具有较好的准确性和可行性。然后，利用该系统分别对由PDMS材料制成的直通道、圆形小室结构微流控芯片以及硅基底微流控芯片通道进行三维形貌检测，并得到定量结果：直通道结构深度为48.6 μm，宽度为75.8 μm；圆形小室微通道深度为48.5 μm，宽度为76.6 μm；硅基底微流控芯片测量得到通道深度为61.6 μm。上述结果与白光干涉仪的测量结果具有良好的一致性，说明双波长全息显微系统具有较高的可靠性和准确性，可为微流控芯片微通道检测提供新的成像检测方法。

目前的共心多尺度系统普遍存在子相机像面不稳定的问题，这一问题直接导致了在后续的图像拼接中易于出现图像拼接错位，严重影响系统成像质量。针对这一问题，提出了一种基于像方远心光路的方法，该方法提高了子相机像面的稳定性，为后续的图像拼接减轻了压力。首先对错位现象出现的原因进行了理论分析，从理论层面分析了引入像方远心光路对改善成像系统的作用，最终设计了成像性能优异的基于像方远心光路的共心多尺度成像系统，其焦距为60 mm，F数为3，远心度小于0.2 mrad，总视场为70°，各视场弥散斑半径小于所选探测器的像元尺寸，在奈奎斯特频率为108 lp/mm处各视场的调制传递函数均大于0.6。像方远心结构的共心多尺度成像系统可以从光学结构部分改善子相机像面不稳定的问题，从而提高后端图像拼接的拼接质量和拼接效率，为后续的共心多尺度系统设计提供了更多的思路和技术途径，具有重要的理论和实践意义。

为提高四旋翼无人机对目标跟踪的动态性能和精度, 结合图像视觉伺服(IBVS)提出一种新型非奇异固定时间滑模控制方法, 实现了四旋翼无人机对速度指令和姿态指令的固定时间精确跟踪。首先通过透视投影建立虚拟图像平面, 利用图像矩推导出虚拟平面的四旋翼无人机动力学模型。在此基础上, 由固定时间稳定理论设计新型固定时间滑模面, 给出了精确的收敛时间估算方法, 分别结合四旋翼无人机动力学模型的位置环和姿态环设计了非奇异固定时间滑模控制器, 并基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。数值仿真表明, 所设计的控制器能避免无人机的超调问题并减小稳态误差, 具有良好的鲁棒性。

数字像面全息显微技术中, 记录过程引入的噪声限制了轴向测量的精度和可靠性。目前对于抑噪方法的研究, 主要针对高频噪声。因此提出了一种针对数字像面全息显微技术的降噪方法, 不仅抑制高频噪声, 对噪声的低频部分也有抑制作用, 提高重构相位的信噪比。这种降噪方法对数字像面全息显微图进行优化, 实现途径为利用二维经验模态分解中, 第一层本征模态函数与全息图干涉条纹灰度信息契合的特点, 提取第一层本征模态函数实现优化。应用优化后的像面全息图, 实现重构, 求解相位, 测量样本表面形貌。应用优化方法对标准纳米台阶的表面形貌进行测量, 对比并分析优化前后全息图的频谱以及测量的高度图, 证明优化方法在保证对微结构表面形貌实现可靠测量的基础上, 降低了数字像面全息显微技术的重构相位噪声。

提出了一种基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术。将主波长为670 nm的红光芯片和主波长为521 nm的绿光芯片封装成半球型LED芯片,然后利用彩色CCD相机获取被测样品在两种照明光波下的彩色相移数字全息图,最后采用色彩分离技术、相移技术及双波长相位提取技术获取被测样品的相位分布及面型分布。实验结果证明了本文方法的可行性。

静态迈克耳孙干涉仪是一种实体式像面干涉仪, 可以解决干涉光谱成像仪大视场的技术难点。在采样过程中, 静态迈克耳孙干涉仪会引入光程差的非线性干涉误差, 导致无法准确复原光谱, 因此需要对非线性干涉误差进行修正。分析了非线性干涉误差的理论模型, 提出了基于数值拟合的非线性干涉光谱数据重构算法, 并进行了仿真验证。仿真结果表明, 采用数值拟合的重构算法可成功复原目标光谱, 消除非线性干涉误差; 与采用线性拟合的重构算法相比, 使用柯西色散公式拟合的重构算法的光谱复原精度更高, 且吸收峰处的反演光谱与入射光谱的相对误差小于0.7%。

像面相交干涉光谱成像技术是一种紧凑型光谱成像技术, 具有体积小、质量轻等特点, 可搭载在小卫星或飞机平台上进行光电侦察等工作。研究了像面干涉光谱成像技术, 提出基于多棱镜组合的Mach－Zehnder角剪切分束器的设计方案, 对该分束器的工作原理及设计方法进行详细论述, 并结合实例对某光谱分辨率条件下的Mach－Zehnder角剪切分束器的角剪切量进行了分析设计。同时研究了像面相交干涉光谱成像系统物镜设计特点, 对该像面相交干涉光谱成像技术进行实验验证。