针对光纤传像束成像系统采集图像中存在的蜂窝效应伪影，通过分析蜂窝效应伪影产生机理及其相关特性，提出一种能够有效修复蜂窝效应伪影的方法。根据蜂窝效应伪影在图像中的分布特点，使用拆分法将原图拆分成多个子图，减小蜂窝效应伪影在图像中的宽度。然后使用一定大小的滑动窗口修复蜂窝效应伪影，在滑动窗口内，根据设计的自适应阈值机制，筛选出位于蜂窝效应伪影区域的像元，并计算该像元与窗口内像素值最大像元的像素值差值及欧氏距离，进而得到自适应补偿系数修复该像元，以滑动窗口遍历子图像完成对子图的全局修复。最后利用修复后的各子图完成重构，恢复成原始图像的尺寸。实验结果表明，与多种蜂窝效应伪影修复算法相比，所提方法在客观评价指标上有更好的表现，能更好地修复图像中的蜂窝效应伪影。

石英光纤传像束在医疗诊断、工业设备探伤、电力设施监测、大视场成像等领域具有重要应用。本文利用溶胶凝胶法在像元单丝间隙中引入吸收剂，解决了传像束光串扰难题。采用一次复丝工艺，制备出外径为600 μm、像元为15 000的石英光纤传像束，像元单丝直径约4.4 μm，分辨率约为113 lp/mm。结果表明，传像束无暗丝、断丝，成像清晰，无畸变，达到了商品化使用需求。

光纤传像束是利用一定数量且规则排列的光纤实现传输图像的无源器件。为保证其成像质量, 文章基于机器视觉技术研究了一种对光纤数量的优化检测系统。针对光纤传像束端面图像采集不完整或边缘有缺陷的情况, 文章提出了一种基于欧拉数计算的边缘优化处理算法, 可以识别、标记并分类图像中所有的边缘轮廓, 不仅实现了对光纤数量的精确检测, 而且通过图形处理器(GPU)处理提高了算法性能。文章算法均在Visual Studio 2013、Opencv 3.1和CUDA 10.1的环境下调试运行。实验结果表明, 该系统对图像中光纤总数的检测误差率约为0.27%, 优化检测的误差率约为0.03%, 基本满足设计要求。不仅如此, 与常规的检测方法相比, 文章所提优化算法可大幅度降低对阈值的选取要求, 并有更高的检测效率。在统一计算设备架构(CUDA)的支持下, 双边滤波提速约20倍, 优化算法及整体运行减少近1/2时间。

讨论了基于光纤传输的柔性红外光学成像系统设计方法, 采用光学成像前置模块+光纤传像束+光学成像后置模块的分体式布局, 通过合理的优化设计, 实现光学孔径与制冷探测器的高效匹配。该设计方法减轻了伺服转动机构光学负载质量, 压缩了光学负载的外形尺寸, 扩展了光机系统柔性布局的新方式, 通过该设计方法, 配合伺服转动结构, 可实现半球空域内的任意方向成像。

空间信息、光谱信息和偏振信息的同步获取将获得更多易于区分目标的特征信息。针对传统光谱偏振成像技术需要动态调制、光通量低、光谱分辨率有限和解算复杂等问题, 提出了一种基于光纤传像束和像元级偏振探测器的成像新模式, 将光纤成像光谱技术和像元级偏振信息快速提取技术结合, 以快照式方式同步获取目标的二维空间信息、一维光谱信息和四个角度的偏振信息。结合系统模型, 搭建了实验装置, 获取了 430~630nm(光谱分辨率约 1nm)的 200个谱段 4个角度的光谱偏振图像, 以及每个谱段的偏振度和偏振角。验证了该系统的光谱偏振成像数据同步获取能力, 技术原理正确可行, 未来将在天文观测、大气探测和目标识别等领域具有较高的应用价值。

根据微型纤维软镜小尺寸、大视场的要求,分析其设计准则,采用“负-正”型反远距物镜作为初始结构,确定其为像方远心光学系统。通过理论计算和Zemax光学仿真软件的不断优化,最终设计出了一个工作波段在0.48 μm ~0.65 μm,焦距为0.37 mm,全视场90°,相对孔径为1∶4的微型光纤传像束内窥镜物镜。该物镜由4片透镜组成,包括1片负透镜、1片正透镜和1片双胶合透镜。设计结果表明：镜头总长3.89 mm,最大横截面直径0.95 mm,满足像方远心光学系统的初始设计要求,在奈奎斯特空间频率77 lp/mm处的调制传递函数(MTF)近似为0.7,接近衍射极限,并且具有小尺寸、大视场、像质优良、结构合理、像面光照强度均匀等特点,符合微型纤维式内窥镜的使用条件。

讨论了红外光纤传像束的学术意义和制备工艺，制备了一种硫系玻璃红外光纤传像束并进行了专门的性能测试。选用As40S58Se2、As40S60作为芯棒和皮管玻璃组分，采用管棒法拉制成纤，利用人机结合的排丝工艺制备出了单丝直径为50 μm，纤芯直径为40 μm，576元正方形排列的红外光纤传像束。搭建了相应的实验测试平台， 对光纤束排列规则度、断丝率、光学效率及传像束引起系统调制传递函数（MTF）下降量等指标进行了测试。测试表明，传像束断丝率为2.7%，衰减损耗低于0.5 dB/m，光学效率约为31%，在红外光纤传像系统中光纤传像束引起的MTF下降量小于10%。最后，利用研制的红外传像束完成了红外成像实验，结果表明，红外光纤传像束能够实现良好的红外成像。

高分辨率成像光纤传像束制备工艺的进步使得传统高性能光电成像仪器具备柔性, 并且使仪器的体积和重量大幅减小。面阵光纤传像束和面阵CCD间的像元耦合离散采样效应, 导致了传统成像质量评价模型的局限性。从光强度呈余弦分布的光信号在面阵光纤传像束和面阵CCD中的传递过程出发, 建立了耦合离散采样系统的耦合调制传递函数(Coupled-MTF)模型, 研究了Coupled-MTF的收敛特性及其随像元耦合误差的变化规律等。研究表明, 若输入信号的空间频率与奈奎斯特频率的偏差为1%, 当阵列中包含的像元总数超过1000时, Coupled-MTF振荡收敛为固定值。输入信号的空间频率与奈奎斯特频率的偏差越小, Coupled-MTF振荡收敛的速度越慢。Coupled-MTF的振荡幅值在弧失和子午方向不同, 且与各自方向的像元耦合误差有关。Coupled-MTF随面阵光纤传像束与面阵CCD间的像元耦合误差周期振荡, 理论上振荡周期为包层直径。在奈奎斯特频率及其分频附近的频域, Coupled-MTF在给定空间频率处不为固定值。上述特性有别于传统空不变成像系统的调制传递函数。

由于目前国内尚没有针对红外光纤传像束的波段透过率测试的规范标准和设备。提出了一种考虑光纤孔径角和光纤芯径的热像仪定标方法和某型光纤传像束的双波段透过率测试方法。通过在冷屏两端分别设置直径为8 mm和62 m的两个光阑孔，确保定标条件和所测光纤的孔径角和光纤芯径相同；再通过在光路中插入波段滤光片来选择需要定标的波段。建立了基于最小二乘的红外热像仪定标模型，并采用该方法进行了定标实验。根据定标结果，测量了某型光纤传像束的红外光纤在2.0 m～2.6 m波段和3.4 m～4.8 mum波段的透过率，其平均透过率大于70%。