基于线阵CCD的图像测量技术是当前工程应用中的一个重要领域, 针对当前高精度大动态范围测量和标准线阵CCD测量范围及线阵CCD几何结构之间的矛盾, 提出了一种高精度大范围的线阵CCD测量拼接方案。利用半反半透镜平面反射原理设计了双线阵CCD高精度拼接的光学拼接系统的光机结构原理, 给出了重叠像元的标定原理, 对其标定和拼接误差进行了分析。通过拼接系统的实验室长期实验结果表明: 方案拼接简单, 实用可靠, 系统的整体拼接误差约为0.019mm,且拼接不存在漏缝现象, 拼接精度满足高精度测量的要求。拼接方案对高精度、大动态范围CCD测量实际应用有一定的参考意义。

采用多片探测器拼接是实现长线阵焦平面的通用方法。反射式光学拼接是焦平面常见的拼接方式之一。对于光学拼接,拼接反射镜几何参数设计不合理会导致定焦平面出现漏缝、杂光、遮挡光路等成像缺陷。反射镜参数计算是光学拼接焦平面设计的核心内容之一。详细介绍了光学拼接焦平面拼接反射镜的参数计算。根据几何光学建立光学拼接成像模型,分别对奇数片探测器和偶数片探测器的拼接反射镜的几何参数进行公式推导,主要包括拼接反射镜的位置、长度、宽度、角度等几何参数的数学表达式。最后将算法公式应用于工程实例,对像方远心和非远心两种典型的光学系统的拼接反射镜参数进行计算,并对两种光学系统拼接反射镜的特点进行了分析。

视场角(FOV)和分辨率是头盔显示器(HMD)非常重要的两个参数。但是由于“视场角-分辨率不变量”的存在,限制了单一通道头盔显示器同时实现大视场角和高分辨率的能力,通过拼接的方法可以有效地打破这个限制。利用4个经过精密切割的球面透镜进行拼接,组成双目头盔显示器,每只眼睛各包括两个通道。目镜由两个通道组成,水平视场角为111.4°,竖直最大视场角为90°。在原型机中,用三个6 inch (15.24 cm)、分辨率为1920 pixel×1080 pixel的液晶显示屏作为图像源。单目角分辨率达到3.85 arcmin。通过3D打印的方式制作了头盔显示器原型机的外部结构。对于拼接系统中的关键问题,如出瞳直径和出瞳距离进行详细讨论。基于这些讨论,在LightTools中对人眼视网膜的光强分布进行仿真。另外,根据镜片设计的畸变数据获得了处理之后的畸变图像。对原型机进行图像显示实验,验证所提方法的可行性。

针对光学拼接焦平面的图像漏缝问题，本文提出了一种基于误差分析的CCD 拼接像元数计算方法。首先，基于相机成像原理建立了焦面光学拼接的模型。结合像方远心和非远心光路系统的特点，对导致漏缝的因素进行分析。对反射镜导致渐晕区的传函下降问题，给出了拼接像元数的计算公式?最后，将该方法应用于焦平面实例，结果表明，CCD 拼接不存在漏缝现象?

针对传统的月球模拟器的设计原理复杂、成本较高、辐照特性差等缺点，应用液晶光阀技术设计了一种新型的月球模拟器，并重点对月球模拟器光源进行了研究。硅基液晶(LCOS)光学拼接技术的应用有效提高了月球模拟器的精度与模拟能力。通过控制程序对LCOS 像素电压的调节，促使LCOS 将入射光调制成不同的状态，从而模拟不同的月相及辐射特性。仿真结果表明：设计的月球模拟器光源可以模拟多样性的月相，并且亮度不均匀性好。采用LCOS 器件的模拟器相对传统模拟器有效提高了控制精度、减小了模拟器体积。

针对高精度星敏感器对其功能测试设备精确模拟星点位置和星等的实际要求，设计了一种硅基液晶(LCOS)型高精度动态星模拟器的光学系统。分析星模拟器准直与照明光学系统的任务需求并给出了设计方案。为提高模拟器的成像精度，提出了LCOS的光学拼接方法，详细设计了大视场、大相对孔径、大出瞳距离的准直光学系统并进行了像质评价；为同时满足显示器件的照明条件和-1～7等星的准确模拟，对照明光学系统进行了详细设计并给出了仿真结果。提出了一种动态星模拟器星点位置修正方法，通过实验测试，动态星模拟器的星间角距误差优于12″，精确模拟-1～7等星，满足当前对高精度星敏感器的检测需要。

目前，电荷耦合图像传感器的像面尺寸不足以满足现代空间光学系统的需求，本文采用反射式光学系统拼接的方法来扩大光学系统的视场.针对光学拼接带来的渐晕和使调制传递函数变小的问题，研究了一种带有6个反射面的反射镜光学拼接系统，分析了反射镜拼接系统渐晕的特点,提出采用子子像面间渐晕补偿法消除子像面交界处的渐晕，并对像面边缘的渐晕进行补偿.另外，通过合成点扩散函数法来改善光学拼接系统的调制传递函数，结果表明：合成图像的调制传递函数与子图像的调制传递函数相比，虽然截止频率没有提高，但在同一频率处的值有明显的提高.

着重阐述了亚象元线阵CCD焦平面的光学拼接的原理、拼接的技术要求和方法,并对误差进行了详细的分析.光学拼接具有结构简单、成本低和使用灵活的优点.