为了对眼底周边部区域进行成像检查，研究了激光线扫描眼底成像技术。搭建了激光线扫描超广角共聚焦眼底成像系统，进行了系统总体光路设计，以及超广角、高分辨双模式成像的参数设计。对探测成像部分进行了Zemax设计与像质评价，依据参数进行了元器件的选型并搭建了实验系统，利用面阵相机像素边界得到了虚拟共聚焦狭缝，实现了眼底线扫描双模式共聚焦成像。最后对系统的实际视场角、分辨率、成像效果进行了评估。经实际测量，所设计系统在超广角模式下成像单幅眼底图的视场角可达到136.3°，高分辨模式下的成像分辨率为8.5 μm。所提出的激光线扫描眼底成像方法可以有效地实现眼底超广角成像，为相关仪器的研制提供了参考。

针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题，提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理，优化设计了折反射超广角成像光学系统，实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量；校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度，校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%，周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%；通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果，证明了所提表面反射光场测量方法的可行性，丰富了粗糙表面反射光场的测量手段，为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。

在计算机视觉研究中, 传统的小视场、可见光相机获取信息有限, 对特殊环境适应能力差。为了增加信息的获取量, 提高适应环境的能力, 需要用到双目超大视场红外相机。针对双目超大视场红外相机标定精度低的问题, 基于一种通用相机模型, 结合主动红外辐射标定板, 提出了一种标定方法。通过该相机模型中的标定原理, 对双目超大视场红外相机内部参数和外部参数进行了准确标定。实验结果显示: 焦距、基线距离标定误差、标定角点平均重投影误差分别低于0.99%,0.24%,0.60像素, 较高的标定精度验证了所提方法的正确性。

为实现大视场、低成本、高解析力的高性能手机镜头光学系统,基于ZEMAX软件设计了2个采用不同滤光方式的单中心超广角手机镜头光学系统,匹配于曲面传感器。2个光学系统分别由4片同心塑料透镜和曲面滤光片或红外截止膜构成,系统F数均为1.8,视场角均为130°,系统焦距均为2.64 mm,系统总长均为4.1 mm。中心视场的调制传递函数(MTF)值在奈奎斯特频率为200 lp/mm处大于0.5,在奈奎斯特频率为400 lp/mm处大于0.2;0.7以内视场的MTF值在奈奎斯特频率为400 lp/mm处大于0.2。全视场相对照度大于0.42。最大均方根半径小于3.75 μm,符合手机镜头成像要求,实现了超广角、短焦、紧凑型光学系统设计,可加工性强,成像质量高。

针对红外超广角系统成像畸变大、衍射明显, 传统标定方法精度不高的问题, 提出了一种基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定方法.以超广角镜头高阶奇次多项式模型为基础, 对微小圆形目标成像的径向与切向放大率进行分析, 设计了标定方法.利用椭圆方程对目标成像进行拟合, 然后以椭圆长短轴比值作为目标函数进行二维高斯曲面拟合, 最终将高斯曲面中心作为畸变中心.实验结果表明, 本文提出的红外超广角图像中心标定方法对实验畸变图像横纵方向的标定精度分别为0.77 pixels、1.02 pixels, 并以此标定结果对畸变图像进行校正, 校正图像中直线最大均方根误差为1.56 pixels.实验验证了本文提出的红外超广角图像中心标定方法的准确性, 能够满足红外超广角图像畸变中心标定要求.

应用场光线传递方程, 从鱼眼镜头的孔径光阑处, 逆向追迹场光线传递方程, 确定任意视场角场光线的初始位置, 即光阑球差.正向追迹场光线计算鱼眼镜头系统物、像空间视场角之间的关系曲线; 用多项式拟合求出关系曲线的解析表达式.通过反演运算, 根据畸变图像复原物的图像分布, 达到消除鱼眼镜头成像系统畸变的目的.最后, 计算了一个160°鱼眼镜头光学系统的光阑球差和图像的畸变, 并应用本文方法复原物的图像分布.计算结果表明: 光阑球差的计算结果与真值的相对误差小于1%; 复原的物方图像径向高度相对误差小于0.25%, 说明本文计算鱼眼镜头像场像差的方法是可行的.

针对超广角照相物镜的设计, 利用ZEMAX光学设计软件, 由各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制, 通过选择适当后组, 利用三级逆伽利略系统串接的方法优化设计了前组, 前后组组合在一起后经过进一步优化设计, 得到一款在可见光波段内、焦距为6.2 mm、全视场角为100°、F数为2.1的照相物镜。该镜头由16片球面透镜组成, 设计结果表明, 全视场镜头的最大畸变量的绝对值小于3.5% ,最大场曲小于0.05 mm, 全视场MTF值在空间频率50 lp/mm时高于0.7, 达到衍射极限。

为了实现车载摄像头的超广角成像，解决倒车影像系统不能全面照顾周围视角的问题，设计了一款超广角车载摄像头。对该摄像头所采用的图像传感器、超广角成像技术、硬件电路设计及接口EMC防护的应用进行研究。根据当前车厂对摄像头的要求选择了基于美国Omnivision公司的CMOS图像传感器OV7962作为成像芯片。采用一种新的凝视型视场全景成像技术——鱼眼透镜成像，并通过匹配成像芯片的参数计算出镜头的焦距和分辨率。对摄像头硬件电路的设计及接口电磁兼容性(EMC)防护进行测试和改进。实验结果表明: 摄像头可实现210°超广角成像，接口EMC防护已通过ISO-7637-2 脉冲5b标准测试。满足了对倒车影像系统全面顾及周围视角的要求，另外该车载全景摄像头还具有成本低、性能稳定、分辨率高、夜视效果好等优势。

为了解决现有超广角数字投影镜头存在的缺陷和不足, 并与不同类型和规格数字投影机的超广角投影匹配, 给出了8组9片式超广角数字通用型投影镜头的光学系统设计.镜头焦距为8.76 mm、全视场角达到97°、F数为2.12、后工作距离大于34 mm、最大口径小于96 mm、总长小于200 mm,结构中加入了1个偶次非球面, 较好地校正了轴外像差与畸变.用减少透镜数量和增大相对孔径的办法提高了像面照度；通过增大光阑慧差及减小像方半视场角, 提高了像面相对照度, 其值达97.46%以上.通过合理确定棱镜等效厚度及调整结构布局, 使结构适配光学引擎中棱镜的有效光学厚度为16.5~23 mm.设计的镜头分辨率达120 lp/mm、全视场相对畸变绝对值小于1.5%.结果表明: 该镜头可满足0.55in~ 0.76in 3LCD和1DLP类型的各种数字投影机的使用, 最小投射比可达0.53∶1, 投影画面偏移量最大达到389 mm, 结构简单, 体形小, 成本低, 成像质量好, 可批量化生产.