目前常用的光学诊断大部分局限于二维成像，而基于层析成像的三维重建方法受限于空间和时间分辨率，无法实现等离子体边界的三维实时重建。提出一种基于光学分层理论的光场反卷积算法，利用光场重聚焦特性，结合聚焦测距法和刃边法，建立了光场深度与现实深度的关系，计算出点扩散函数，实现了单相机零调焦情况下的等离子体边界重建。为验证所提方法的可行性，以火焰为成像对象进行实验，其结果表明所提方法能够去除火焰分层图像中的离焦模糊，复原分层图像的原始结构。

与传统成像技术相比, 光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息, 采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高, 景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜, 通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列, 提高显微镜景深, 实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息, 通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明, 基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价, 将显微镜头景深提高了近100倍。

针对双弹丸之间存在部分遮挡引起成像重合，导致传统相机对目标参数识别困难的问题，提出了一种基于光场成像的双弹丸重合成像识别方法。采用光场相机作为探测装置，根据光场相机保存的光线四维参数，应用焦点堆栈法实现对目标成像中每个像素点的深度估计。通过对双弹丸部分遮挡时成像特征的分析，发现成像重合边缘处相邻像素点间存在深度差值变化较大的特点，结合卡尔曼滤波方程，建立基于深度变化趋势的边缘检测算法模型，解决了弹丸成像的重合问题。通过对光场相机进行模拟实验发现: 目标间存在遮挡现象时，光场相机能有效检测成像的重合边缘，为光场相机准确识别目标数目及位置奠定了基础。

聚焦式光场成像克服了传统光场成像空间分辨率不足的缺点,但牺牲角度采样会导致重聚焦过程中非聚集平面出现混叠现象,不仅影响重聚焦的视觉效果,而且严重影响离焦响应分析的准确性。提出一种基于滑动窗口图像融合加自适应中值滤波的光场成像方法来弥补角度采样的欠缺,从而有效防止非聚焦平面出现混叠现象。对于输入的四维光场数据,选取合适的窗口尺寸并让窗口以特定步长在子图像中滑动。对每一次滑动均进行一次基本的光场重聚焦计算成像,得到多视角光场数据,然后对多视角数据进行融合得到一个焦平面的重聚焦图像。对一系列窗口尺寸重复上述计算即可得到聚焦堆栈。使用尺寸与聚焦窗口大小呈线性相关的滤波核心对聚焦堆栈的各层图像进行自适应滤波,即可在整个聚焦堆栈内有效消除混叠现象。使用Todor数据集对此方法进行测试,结果表明该方法不仅显著改善了非聚焦平面的视觉效果,也大幅提高了离焦响应的准确性。

提出一种基于像素光场的频域重聚焦算法。首先建立四维光场与像素光场的关系模型,然后基于傅里叶变换,建立了像素光场的重聚焦方法,并分析了傅里叶切片的作用和重采样的方法。在实验中,对比积分投影法,分析两种不同方法对同一场景的重聚焦效果,评价了两种方法的计算效率。实验结果表明,基于频域的傅里叶切片法在结果上等效于积分投影法,但是计算负担更小。

增加激光导星的散射层采样厚度可以提高波前探测器的探测能量,但是存在探测光斑弥散问题.针对该问题,分析并设计了动态聚焦系统.首先分析了采样厚度对波前探测能量的影响,结果显示,波前探测能量随着采样厚度非线性增大,当采样厚度为4 km、激光脉冲能量为10 mJ时,望远镜子孔径接收到的光子数为120,满足探测精度要求.然后分析了光斑弥散对波前探测精度的影响,当采样厚度为4 km 时,波前探测误差约为0.5 λ,探测误差较大.为了实现精确探测,依据分析结果设计了动态聚焦系统,将聚焦反射镜的移动距离由111 mm 缩小到100 μm、移动速度由4200 m/s降低到3.8 m/s,满足应用需求.最后利用Zemax软件进行优化,结果表明,对于4 km采样厚度,光学系统均能实现理想成像.

对空间复用的光场成像技术进行了建模，从光学器件对光场变换的角度阐释了光场复用的机制，建立了标准光场和像素光场的关系，并提出了基于多频相移的光场标定方法。在Lytro光场相机的标定实验中，确定了微透镜中心位置，像素与微透镜的所属关系，恢复了光场信息，并将光场信息应用于重聚焦和全聚焦。实验结果验证了光场模型的正确性和标定方法的可行性。

提出了一种将数字光场成像技术应用到X射线闪烁体成像系统的方法.分析了闪烁体的发光原理和光强分布，设计了基于相机阵列的X射线光场成像系统，并用计算机模拟了闪烁体发光模型并进行了仿真.在3ds Max中采用相机阵列捕捉闪烁体发出的光线，获取不同视角的图像，合成了模拟微透镜阵列成像的光场数据，通过数字重聚焦方法得到闪烁体不同发光平面的图像序列.实验结果表明：未采用光场成像技术的X射线光学成像系统，景深较小，只能使闪烁体的一部分聚焦，其余部分会降低图像分辨率；而利用光场成像技术，在不改变光学系统基本结构的基础上，扩大了光学系统的景深，使整个闪烁体都在聚焦范围内，可以减小对闪烁体厚度的要求，获得比较好的图像质量，为实际模型的建立提供理论依据.