针对体表组织较厚部位的血管识别困难的问题，提出一种用于体表血管提取与三维成像的双目系统与图像处理算法。成像系统设计采用会聚双目近红外增强相机与近红外LED阵列，并基于朗伯特辐射模型优化了LED阵列的辐照分布均匀性。图像处理算法先通过以Frangi滤波为基础的单目图像处理流程提取左图像中血管骨架，再通过改进的滑窗匹配算法结合右图信息计算血管骨架深度。实验分析了该系统在手背、小臂、颈部以及仿体模型上的血管提取效果、立体匹配有效率以及处理速度，验证了该系统在体表组织较厚部位的实用性。

针对现今非接触眼科测量仪器对焦对准速度慢、通用性差和操作复杂的问题，搭建了应用于眼科测量仪器的人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统，并提出了基于四邻域-多方向两级梯度函数的自动对焦算法以及融合卷积神经网络智能感兴趣区域（ROI）窗口的瞳孔中心定位算法。通过实验实拍人眼离焦图像序列及人眼图像测试集，分别对提出的两个算法进行验证。结果显示：所提出的自动对焦算法的平均计算时间约为13 ms，清晰度比率为93.531，优于6种传统的评价算法；所提出的瞳孔中心定位算法的平均计算时间为10.2 ms，准确度为97.14%，相比Hough法、改进Hough法有较大的性能提升。实验结果证明所搭建的系统能够满足眼生物参数测量的准确性、实时性和鲁棒性要求，提升了仪器的自动化水平，有助于眼科测量仪器的智能化发展。

为了解决自动化刀口仪面临的如何搜索并收敛到特征点的核心问题，提出一种基于刀口仪轴向移动的非球面检测技术，实现了在搜索过程中提取环带误差信息，一方面在搜索过程中动态获得波前特性，另一方面可以加速收敛找到特征点。利用所提方法对不同参数的镜面环带误差进行检测，所得带差位置与干涉仪检测结果的相对误差小于3.3%，验证了所提方法的有效性。所提方法为刀口仪的自动化测量提供了一个便捷的解决方案，为进一步提高非球面加工效率提供了技术支撑。

分辨率的传统主观评价方法人为不确定因素强且精确度低，而传统客观评价法存在着人为干预力度大和耗时长的缺陷。针对该问题，提出了一种基于拼接条纹单元图像灰度变化特征的微光像增强器荧光屏分辨力客观评价方法。通过拼接单元条纹图像并采用固定空间核沿条纹变化方向扫描图像获得反映条纹变化强度的灰度序列，从而生成单元条纹清晰度，然后将单元条纹的“清晰度-分辨率”对应与线性拟合算法相结合求出像管分辨率。为验证该方法的性能，将其与传统像管分辨力评价方法进行对比。实验证明，该方法在时效性和准确度方面均优于传统客观评价方法，在可重复性方面优于传统主观评价方法。所提出的微光像增强器荧光屏分辨力客观评价方法能够克服传统评价方法的种种弊端，为该参数的标准化测量提供一种有效可行的方案。

分别利用He-Ne激光632.8 nm、O₂（0-1）867.7 nm和O （¹S）557.7 nm谱线作为光源，研究了地基气辉成像干涉仪的光学传递函数，给出了优化设计、理论计算和实际拍摄图片的MTF值。优化设计MTF的所有值均在0.3以上，部分视场MTF高于0.6；对557.7 nm和867.7 nm波长的气辉，理论计算的MTF分别为0.508和0.510；由室内外实验拍摄获取的GBAII成像干涉图得出的MTF值分别大于0.84、0.58、0.24，与国际著名的星载风成像干涉仪WINDII的0.35 MTF值相当。

太阳是地球能量的主要来源, 太阳活动和变化对地球影响极大。为了满足天文学家对太阳观测和研究的需求, 设计一种新型Lyman α和可见光双波段内掩式日冕仪(SCI日冕仪), 能够在121.6 nm和700 nm两个波段同时对日冕进行高分辨率成像观测。根据太阳在121.6 nm和700 nm日面与日冕的辐射特性确定仪器的参数, 给出了日冕仪的初始结构, 建立评价函数对初始结构进行优化。分析了日冕仪光学系统的成像性能和各个光学元件产生杂散光对成像性能的影响, 确定影响系统杂散光抑制水平的主要光学元件和机械结构, 提出了对光学元件表面粗糙度的要求, 给出了里奥光阑的位置和通光口径。还设计了日冕仪光学反射镜和光学分色镜的膜系结构, 实现了对内日冕在121.6 nm和700 nm两个波段的同时成像。实验结果表明: SCI日冕仪视场覆盖1.1~25个太阳半径(Rs, 取1 Rs=0.267°), 空间分辨率优于4.8″, 杂散光抑制水平在1.1Rs处优于10-6量级, 在2.5Rs处优于10-8量级, 满足观测需求。

为了实时测量多个波段激光大气透过率, 研制了ISP02型近红外太阳辐射计。详细阐述了该仪器的硬件组成、光学系统设计以及工作流程, 并对仪器进行了定标, 给出仪器能达到的性能指标。依据建立的基于太阳宽谱直接辐射测量获取激光波段大气透过率的方法, 实测得到1.064, 1.315, 1.54 μm大气透过率, 将结果与POM02型太阳辐射计采用外推法获取的激光大气透过率进行对比, 误差均小于6%, 测量的水汽总量与POM02对比, 误差均小于7%; 然后, 将两者外推的3.78 μm透过率进行对比, 误差均小于5%。秋冬季实测的1.315 μm透过率与激光大气传输评估软件对比, 误差小于2%。该仪器测量结果可靠、性能稳定, 可为同时获取多个波段激光大气透过率提供有效测量手段。

针对空间站用光学仪器上微尺度力学敏感器件随机振动响应值过大的问题, 对该器件进行微尺度、精细化建模, 研究其力学特性, 并对其随机响应采取有效抑制措施。首先, 探讨了微尺度模型边界协调和微尺度有限元变分问题, 根据微尺度结构特点, 建立4种模型, 在整机中进行系统级随机振动仿真分析, 研究了4种模型微尺度结构的力学特性。接着, 在分析比较随机加速度响应值、位移响应值与应力响应值的基础上, 对力敏器件微尺度建模方法进行了深入讨论。然后, 对力学敏感器件采取了随机响应抑制措施, 并进行了仿真分析。最后, 对该光学仪器进行了力学试验、热试验和测试试验。结果表明, 该光学仪器功能正常, 微尺度结构随机加速度响应RMS值最大降低42.4%, 随机应力响应降低均在20%以上, 应力安全裕度均远大于零; 仿真与试验加速度响应结果最大相对误差均在10%以内。证明了所提出的微尺度结构截面四单元建模方法精准、可靠。

W波段(2.73~4 mm)电光相位调制器(EOM)结构具有多参数和设计复杂的特点,参考共面波导传输线理论和EOM理论,结合三维电磁仿真高频结构仿真软件HFSS,对调制器进行有限元分析和计算。针对EOM几何结构中的关键参数,在4个维度上进行模型仿真计算,建立EOM的多维度数学模型。根据仿真模型,得到EOM几何结构参数与主要性能的变化规律,确立EOM的模型结构。通过结构优化,得到频率为100 GHz的EOM模型,调制器速率匹配,阻抗匹配,并且衰减较小。