长波红外与可见光图像的自然感彩色融合有助于观察者快速感知环境和发现目标, 而共光轴结构对于提高融合图像质量和简化配准算法具有独特的优势。为满足战场侦查、监视等需求, 设计了一种基于TMS320DM642数字信号处理器和ATmega32单片机的共光轴实时彩色融合系统。融合系统的长波红外和可见光成像系统平行放置, 利用分光镜和反射镜实现光路分离, 通过视场匹配和光轴校准实现双波段视频图像完全配准。图像处理程序基于DSP/BIOS嵌入式操作系统开发, 根据视频图像的特点, 采用基于CbCr查找表的自然感彩色融合算法。针对硬件特点, 对融合算法进行优化, 使720 pixel×576 pixel的单帧图像融合时间为9.18 ms, 满足25 frame/s的实时融合要求; 融合图像呈现自然色彩, 场景中的热目标易于辨识。文中对共光轴融合系统设计、实现过程中相关问题的研究具有参考借鉴价值。

针对棱镜型成像光谱仪结构复杂、 具有严重的色散不均匀性, 进行了共光轴线色散棱镜式宽谱段成像光谱仪研究。 利用棱镜的色散公式建立了对称型三棱镜组合分光结构的数学模型, 获得了满足直视结构的棱镜组合, 并在此基础上分析影响棱镜组色散线性因素： 棱镜材料的折射率和色散率对棱镜组线色散影响比较大, 入射角度对其影响比较小, 并提出改善色散线性的方法, 获得了满足线色散要求的棱镜组合的折射率条件, 从而为共光轴结构的线色散棱镜式成像光谱仪初始结构的选择提供了重要理论依据。 在工作波段为400~1 000 nm、 中心波长偏向角为0°、 最大色散角为0.6°、 光谱仪系统数值孔径NA为0.18、 光谱分辨率为5 nm条件下, 实现共光轴三棱镜分光系统的线色散设计, 最后利用ZEMAX进行了模拟分析表明, 理论计算结果与实际仿真结果基本相符。

共光轴体全息存储是体全息存储技术实用化的一个发展方向。为了选择合适的参数以搭建基于晶体的透射式共光轴体全息存储系统，对该系统的存储容量、串扰特性和晶体在共光轴存储结构中的存储特性等进行了研究。从理论上分析了共光轴体全息存储系统的存储密度、物镜的参数、空间光调制器的像素尺寸、有效像素数目和移位复用间隔等之间的关系，给出了点扩展函数表达式的物理解释，并根据点扩展函数分析了系统的串扰特性，优化了存储偏振光方向以使晶体表现出最大的动态范围。根据分析优化结果搭建了基于LiNbO3晶体的透射式共光轴体全息存储实验系统，实现了高分辨图像的记录与再现。与传统的双轴系统相比，所搭建的共光轴系统具有光路结构紧凑的特点。