运动模糊图像点扩散函数（PSF）的精确估算是模糊图像复原的关键。为了提高PSF参数估计的准确性，消除频谱图中央亮线对模糊角度估计的干扰，提出一种运用窗函数来提高PSF参数估计精度的方法。对运动模糊图像进行二维离散傅里叶变换和对数运算，计算图像的功率频谱图，对频谱图像添加窗函数Hanning，对处理后的图像进行中值滤波平滑处理和二值变换处理，再结合形态学算法和Canny算子边缘检测对频谱图进行优化，最后通过Radon变换，得到模糊方向。根据模糊方向结果，在模糊角度方向上对运动模糊图像的频谱图进行Radon变换，分析负峰值之间的距离，得到暗条纹间距，根据暗条纹间距与模糊长度之间的关系，求出模糊长度，从而完成两个点扩散函数参数的估算。结果显示，与现有算法相比，所提算法提高了参数估计的精度，复原时产生的振铃和伪影现象减少，充分利用图像信息的同时操作简便。

针对在波前测试时，参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响，提出一种基于偏振光栅（PG）分光的同步移相剪切干涉测量方法，通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构，可获得两束剪切的正交线偏振光，线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后，在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法（DCT）的相位解包裹算法进行处理，得到差分相位分布，再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构，得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量，结果表明，该方法的测量结果具有准确性和稳定性，该方法能够很好地应用于波前动态测量，对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。

针对空间相机轻量化、小型化要求，采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑，系统存在色差和球差，引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差，而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题，设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统，对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化，构建出空间不变的点扩散函数模型，为后续图像复原建立复原函数模型，实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1 μm，焦距为185 mm，视场为5°，F数为4，遮拦比为0.35，系统总长为67.8 mm。

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法，通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体，从而降低前端光学系统的成像质量要求，并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计，且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉成像光谱仪以体积小、高光通量、高空间分辨率和高光谱分辨率等众多优势特性, 成为研究热点。由于其干涉条纹不是正弦条纹, 因而无法直接用快速傅里叶变换获得精确光谱曲线。详细推导了变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉仪多光束干涉原理和其光谱复原原理, 给出干涉条纹与光谱曲线的数学关系; 从理论上证明了光谱复原方法的可行性和必要条件, 并给出理论误差。此外, 还基于 MATLAB进行了仿真和光谱成像系统实物实验, 验证了理论分析的正确性。为 F-P干涉成像光谱仪的工程化提供了理论依据, 并对设计中的参数确定具有指导意义。

水下结构状态视觉检测过程中，观测相机镜头易受到水体中枯叶、藻类等悬浮杂质遮挡，导致水下结构表观影像信息丢失，影响检测效果。针对该问题，利用水下视频序列中的帧内空间信息与帧间运动信息，提出一种悬浮杂质遮挡消除方法。根据相邻帧间的光流场分布信息，提出位移补偿策略，消除相机移动导致的帧间背景偏移；结合悬浮杂质成像特性，建立动态视觉感知模型，在对齐后的相邻帧基础上，实现不同形态悬浮杂质的准确检测；构建一种混合引导修复模型，确立帧间最优互补信息，还原悬浮杂质遮挡区域。在构建的真实与合成数据集上的测试结果表明，本文方法能够准确检测并消除悬浮杂质的遮挡，处理后的图像质量在多项指标上均得到明显提升。

太赫兹同轴数字全息是一种全场、无透镜、定量相衬成像方法，具有简单且稳健的光路结构，适合太赫兹波应用，然而其固有的孪生像问题会严重降低再现像的质量。提出一种将物理模型和卷积神经网络相结合的迭代相位复原方法，在无需施加约束以及准备预训练的标记数据集情况下，可从单幅同轴数字全息图中高保真度地恢复出样品的复振幅分布，并充分抑制孪生像干扰。仿真和实验结果表明了该方法的可行性，再现像质量优于目前主流方法，即基于物理增强神经网络的方法可以进一步拓展太赫兹数字全息成像的应用范围。

针对水下图像存在的雾化、模糊和颜色失真问题，提出一种基于全变分和颜色平衡的水下图像复原方法。以完整水下光学成像模型为基础，分别结合四叉树细分法与光在水中传播特性估计背景光，利用水下中值暗通道先验估计透射率，并采用共轭梯度和迭代最小二乘法估计模糊核。为提高计算效率，引入交替方向乘子法对变分能量方程进行逆求解得到去雾、去模糊的图像。在此基础上，在YCbCr空间采用颜色平衡算法对颜色通道进行补偿以校正色彩失真。与6种流行的水下图像增强和复原方法进行比较，实验结果表明，所提方法可以有效地去除雾化和模糊、校正色偏、恢复出清晰、色彩真实的水下图像。

高光谱图像（HSI）在采集过程中易受到环境或者采集设备的干扰，遥感数据信息会受到大幅的损失，因此高光谱图像去噪是图像预处理的基本问题。设计去噪算法，将HSI划分为局部等分块，采用低秩矩阵约束表征局部特征，并在其基础上利用截断核范数最小化方法来分离出稀疏噪声，全局利用空间-光谱全变分正则化实现分离密度噪声和维持空间-光谱平滑性的目的，两者结合能高效去除高斯噪声、椒盐噪声等的混合噪声。对所提优化算法与其他4种近几年发表的去噪算法进行对比，平均结构相似度提高0.13，平均峰值信噪比提高1.10 dB，运用到不同强度的单一类型噪声中，平均结构相似度也能提高0.10。在实际图像的放大对比中，所提优化算法也有着明显的噪点去除效果。实验结果证明，所提方法对高光谱图像在局部特征表述上更加贴近，结合全局正则化方法后获得更明显的去噪效果，能够对高密度噪声和稀疏噪声有清除作用。