短磁聚焦脉冲展宽分幅相机是一种具有长漂移区的二维超快诊断设备。通常采用轴上和离轴的点空间分辨率对其近轴空间分辨能力和工作面积进行评估，但由于像场弯曲会引起高斯像面的空间分辨不均匀，因此难以评价相机的整体空间分辨能力，所以研究一种能量化空间分辨能力的方法具有重要意义。为探讨新方法，采用COMSOL软件建立模型，基于场曲特性重建三维成像曲面，采用标准差分析成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，通过融合点空间分辨率和整体调制度构建高斯像面空间分辨率，并运用相对误差量化高斯像面空间分辨均匀性。研究结果显示，在组合磁透镜的孔距为200 mm、漏磁缝隙为10 mm、轴向宽度为100 mm、漂移区长度为400 mm、成像半径为21 mm、阴极为-3.75 kV的情况下，随着成像磁场变化，成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，以及高斯像面空间分辨率均呈开口向上的抛物线形状，并在成像磁场为41.97 Gs（1 Gs=10^-4 T）时，两像面偏离程度标准差达到最小，为2.82 mm，高斯像面空间分辨率提升至最优，为292.80 μm，表征空间均匀性的调制度差值降低至最小，为330%。本文研究为评估短磁聚焦脉冲展宽分幅相机的最优空间分辨性能提供了一种可量化的参考方法。

针对传统聚焦评价方法难以适应显微样本复杂纹理表面及反射率不均的问题，提出了一种抗光照强度、抗反射率不均、亚微米精度的基于双模糊理论的显微图像聚焦评价方法（DB-FEM），并研究了人工模糊有效标准差的概念，通过理论和实验找寻了较优有效标准差σ的取值。DB-FEM主要通过分析采集图像和其人为模糊图像的特征差异程度实现聚焦判断。首先对采集的层扫图像进行人为模糊处理，然后通过局部方差计算图像和其模糊图像在空域边缘信息和图像Haar小波频域信息的差异度。差异度包括空域边缘、低频纹理和高频边缘。最后将所有差异度相乘，得到基于差异度的聚焦评价曲线。实验结果表明，DB-FEM在不同光照幅值、不同表面形貌复杂度条件下均具有优良的聚焦评价性能，优于现有的空域边缘和频域模态评价方法，在单焦面检测中具有更窄的半峰全宽，在双焦面检测中具有更好的分辨能力。在物镜的放大倍数为20、数值孔径为0.65的条件下，所提方法的轴向分辨率优于0.3 μm。

在X荧光能谱测量中, 当两个事例发生间隔较短时, 存在脉冲前沿或后沿堆积的情况。 如果能谱仪的脉冲分辨能力不足, 在事例发生间隔小于能谱仪脉冲分辨能力时, 发生了偶然符合效应。 当堆积发生在信号的上升沿时, 后端电子学无法识别堆积脉冲, 并将堆积脉冲当成1个脉冲, 从而在测量能谱中会产生虚假能峰; 当堆积出现在下降沿时, 堆积信号间隔小于通道成形时间时, 堆积信号会被丢弃, 导致所测量谱线的有效计数减小, 对精确放射性测量带来了不利影响。 从提高能谱仪模拟电路信噪比、 降低误触发、 缩短快成形通道成形时间、 提高能谱仪的脉冲分辨能力, 从而减小符合效应等角度入手, 研制了一种低偶然符合效应的快慢双成形通道的数字化能谱仪。 该能谱仪设计了具有高脉冲分辨能力的快通道, 采用对称零面积梯形成形算法, 有效消除快通道时间变窄带来的不足, 结合对梯形平顶的判断, 实现对低频噪声抑制与降低误触发概率; 同时设计高信噪比、 低噪声的模拟电路以减小快通道对噪声误触发的概率, 降低偶然符合概率。 文中先利用仿真验证了提升快通道时间可以提升脉冲分辨能力, 接着利用MOXTEK的X光管激发被测样品Cu获得特征X射线, 由KETEK的高分辨率SDD探测器检测信号, 通过调节X光管的管流得到计数率范围为13～103 kcps的X荧光能谱, 从而得到偶然符合概率与计数率的关系, 并且通过改变快通道成形时间分析其对偶然符合的影响。 实验表明, 更低的快通道成形时间拥有更高的脉冲分辨率能力, 更低的偶然符合效应; 在103 kcps计数率下, 150 ns快通道成形时间条件下, Cu的Kα峰、 Kβ及Kα+Kβ的偶然符合概率分别为1.568%, 0.265%和0.403%; 设计的对比实验结果表明: 在相同快通道成形时间条件下, 所研制的数字化能谱仪相比于Amptek的DP-5型号数字化能谱仪偶然符合概率低了60%。

分析了影响光电侦察系统分辨能力的基本链路要素, 给出了一种通用性能预测模型的建立方法, 建立了红外光电侦察设备分辨能力计算模型, 并以最小可分辨温差(MRTD)作为最终评价指标。用一个具体实例进行了数值仿真计算, 说明了模型的适用性。

透射质子的能损和散射角是质子照相成像模糊的主要来源。基于Zumbro聚焦成像磁透镜的质子照相技术, 可基本消除散射角引起的成像模糊, 实现几十μm的空间分辨, 但无法对能损信息进行优化是其空间分辨能力难以进一步提升的主要原因。为利用透射质子的能损信息, 进一步提高质子照相的空间分辨能力, 提出了一种新型的成像磁透镜, 称之为能损型聚焦成像磁透镜。基于11 MeV低能能损型质子照相的实验束线和Geant4模拟软件, 建立全过程照相模型, 研究11 MeV能损型成像束线的空间分辨能力。模拟研究表明: 对于10 μm厚的Al箔, 考虑点扩散函数等测量系统成像模糊的影响, 11 MeV能损型成像束线可实现约30 μm的空间分辨。与等大型Zumbro磁透镜相比, 空间分辨能力得到显著提升。

针对极紫外波段自由电子激光器(大连相干光源, DCLS)对高分辨能力平面变栅距光栅的需求, 基于光程差以及像差原理构建了极紫外平面变栅距全息光栅。采用改进的局部优化算法给出了平面变栅距光栅的记录参数, 利用全息曝光技术在硅光栅基底上制作了中心刻线密度为600 gr/mm、占宽比为0.46、槽深为550 nm、有效刻划面积为30 mm×30 mm的极紫外平面变栅距全息光栅。采用Littrow衍射法测量了平面变栅距光栅的刻线密度, 并基于像差理论分析了平面变栅距光栅的理论分辨能力。结果表明: 制作的600 gr/mm平面变栅距光栅在有效面积内的刻线密度误差小于0.175 gr/mm, 在极紫外波段(50~150 nm)的分辨能力大于12 000, 满足自由电子激光器的设计要求。提出的设计及制作方法为制作高质量平面变栅距光栅提供了理论及技术保障。

针对应用于50~150 nm波段的变栅距光栅, 采用球面波曝光系统进行优化设计, 分析了不同宽度光栅的刻槽密度变化和光谱分辨能力。理论分析结果表明, 光栅宽度为4 mm时, 理论分辨能力高于14 000; 光栅宽度为10 mm时, 理论分辨能力约为9 000; 光栅宽度为30 mm时, 理论分辨能力急剧下降, 约为3 000。光栅的宽度越大, 其刻槽弯曲程度就越大, 光栅的光谱分辨能力就越低, 因此球面波曝光系统只适合制作宽度较小的变栅距光栅。

随着对成像分辨率的要求日益提高，成像所需采集的数据量不断增大，亟需发展一种具有更高图像信息获取效率的压缩成像方式。压缩感知信息理论的兴起使压缩成像研究得到了快速的发展。提出了一种基于空间随机相位调制的单次曝光压缩感知成像方案，通过压缩成像实验验证了该成像方案在原理上的可行性。理论分析并实验验证了系统的空间分辨能力、信噪比随系统参数变化的相互制约关系。

激光等离子体相互作用高分辨硬X射线光谱的测量通常采用柱面透射弯晶谱仪实现。利用几何光学模型对柱面透射弯晶谱仪的关键技术参数进行了理论计算和数值模拟，给出了谱仪弯晶曲率半径、光源到晶体的距离、光源尺寸和探测器的位置等因素对谱仪测谱范围和分辨能力的影响情况，分析了光谱分辨水平随能点的变化。分析结果表明：晶体曲率半径对测谱范围和谱分辨能力影响大，在光源尺寸较小时，随着探测器与罗兰圆距离的增加，谱线之间距离增加的速度大于光谱线宽增加的速度，使得分辨能力增加。

将分数傅里叶变换引入到双重非线性相关方法中，通过对参考图像和目标图像分数傅里叶变换谱的双重非线性操作实现非线性分数相关。该方法利用非线性参数以及分数阶控制目标的形状和纹理的权重，从而实现目标相关识别的调控。该非线性分数相关系统由一个光电混合装置实现，数值仿真表明，这种光学图像识别系统的优点在于对目标的形状失真和纹理改变的分辨能力是可调节的，并且可改善相关峰的性能，具有很强的抗噪声能力。