脑胶质瘤是一种侵袭性的恶性原发性脑肿瘤，术中准确区分胶质瘤和正常脑组织极具挑战性。基于高分辨偏振敏感光学相干层析术（PS-OCT）对正常小鼠脑和胶质瘤模型小鼠脑进行成像，计算了强度、累积相位延迟和累积光轴信息。结果表明，从PS-OCT图像中可以清楚地显示出鼠脑中的纤维结构及其取向；借助PS-OCT图像中丰富的偏振信息，可以准确区分鼠脑胶质瘤区和正常区；基于计算的光轴标准差可以有效区分胶质瘤和正常脑组织。研究结果表明，高分辨PS-OCT在脑组织成像及脑胶质瘤识别方面具有很大的临床应用潜力。

光学相干层析成像（OCT）是一种高空间分辨率的光学成像方法，可以对生物组织进行非接触、无标记的二维截面和三维体积成像，能为临床疾病的诊断提供具有重要参考价值的影像信息。在传统的台式OCT系统中，扫描探头被固定在工作台上，探头结构较大，灵活性差，不利于深入狭小腔体内部成像或在床旁检测。本团队设计了一种视频引导的手持式高速OCT系统，其手持探头结构紧凑、体积小巧，便于抓取和深入狭小腔体内部；探头内部集成了相机成像功能，可以实时获得成像区域的视频图像，引导OCT成像。该系统的A线扫描速率可以达到200 kHz。为了克服成像过程中的抖动问题，本团队提出了图像自动配准算法，该算法能显著提高图像质量。采用该系统对离体猪眼角膜和离体猪牙齿进行成像，以验证系统的性能。结果显示该系统能够高速获取高分辨的组织图像。

提出一种基于盲源分离（BSS）从多角度投影提取出任意深度聚焦层的数字乳腺层析合成摄影（DBT）重建算法。首先，通过DBT成像设备采集乳腺的多角度投影，并对投影进行校正、对数变换等预处理工作；然后以中心投影为基准，根据成像几何将多角度投影通过位移聚焦到所选的重建深度z处；最后，将位移后的多角度投影视为由一个聚焦层内信息和若干层外信息构成的线性组合，进而通过BSS将聚焦层信息分离出来，由此快速重建出乳腺厚度范围内任意深度z处的层面。以中心投影为参考，将位移叠加（SAA）法、滤波反投影（FBP）法、最大似然期望最大化（MLEM）3种当前DBT重建的主要算法与所提重建算法进行比较，4种算法对原投影的噪声污染的改善程度分别为13.4%、18.8%、88.5%、73.6%，图像对比度分别下降83.7%、81.4%、74.6%、10.7%，与中心投影的特征相似性分别为0.841、0.866、0.861、0.886，结构相似性分别为0.596、0.594、0.628、0.787，伪影扩散平均值分别为0.571、0.254、0.189、0.146。此外所提算法的重建速度小于SAA、FBP，但比采用2次迭代的MLEM高56.0%，因此所提算法在降低噪声、保持细节、抑制伪影、重建速度方面的综合性能优秀，且随着BSS技术和计算机硬件水平的快速发展而不断提高其分离重建性能，因此所提算法是一种实用性强、极具发展潜力的DBT重建算法。

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影（OCTA）技术中，去相关映射被广泛应用，但该方法易受噪声影响，尤其是对于低信噪比区域，噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性，与血流信号的高去相关值混叠，从而会降低微血管图像的成像质量。本文提出了一种基于局部信噪比动态阈值调节的分光谱振幅去相关方法，首先探讨了图像局部信噪比与静态体素去相关值的关系及影响因素，并以分频谱处理数据的方式削弱轴向运动伪影并加强血流信息，然后依据图像局部信噪比与静态体素去相关的关系调整设定阈值，用以判定区分动静态体素，阈值以下的去相关值视为静态体素，结合Sigmoid函数予以抑制。采用该算法在高信噪比的皮肤数据和低信噪比的视网膜数据处理中均能取得较好的效果：皮肤enface图像信噪比提升约4 dB；视网膜enface图像的对比度相较其他算法优势明显，相比于未进行静态抑制的分频谱振幅去相关造影（SSADA）方法，enface图像的对比度提升了0.0182。可见该方法能够有效地抑制微血管图像中的静态体素噪声，提升图像对比度和血管可视性，有利于疾病的诊断和评估。

可调谐二极管激光吸收光谱层析成像（TDLAT）是一种重要的光学非侵入式燃烧检测技术。然而，TDLAT逆问题的欠定性本质使得现有迭代层析成像算法重建的燃烧场温度分布图像存在较大误差。针对该问题，笔者将图像处理领域的卡通-纹理模型引入TDLAT，提出了基于卡通-纹理模型的温度重建算法（TRACT）。该算法利用全变差约束下的Landweber算法重建气体吸收密度图像中的卡通成分，较好地恢复其中的平滑特征与边缘结构；构建改进的迭代收缩阈值算法深度展开网络，并用其重建气体吸收密度图像中的细节纹理成分；通过卡通成分重建与纹理成分重建的相互补充，提高气体吸收密度图像的整体重建质量，进而提高燃烧场温度分布图像的重建质量。利用火焰动力学模拟器生成的仿真数据与利用TDLAT实验系统实际测量数据进行的重建实验均表明，与现有的迭代层析成像算法相比，TRACT重建的燃烧场温度分布图像在客观评价指标与主观视觉质量方面均有较大提升。

针对合成波长方法动态范围较小的问题，提出一种用于相敏谱域光学相干层析（PSSD-OCT）的大动态范围合成波长相位解包裹方法，解决了传统合成波长方法的相位包裹限制问题，实现了大动态范围、快速及高灵敏度的PSSD-OCT成像。通过选取全长度干涉光谱和位于光谱仪中间的半长度干涉光谱，计算合成相位缺失的周期数；利用全长度干涉光谱及半长度干涉光谱解调结果的分段组合，消除易受噪声影响的相位周期数±1跳变问题。通过阶差规、硬币及电路板的成像实验，证明该方法可以用于大动态范围（毫米级）的高灵敏度位移解调。

空气耦合（简称“空耦”）超声换能器具有非接触检测、适合复杂工况和原位检测等独特优势，已被广泛应用于超声无损检测等领域。声场重建对于开展空耦超声换能器声束宽度、扩散角等声场特性参数的表征，进而保障超声检测系统的横向分辨率及定位精度具有重要意义。笔者基于声光效应和层析成像技术对50~200 kHz空耦超声换能器的声场重建开展研究。超声声场的重建质量与空间分辨率密切相关，但高空间分辨率会导致扫描时间呈几何倍数增长。笔者从仿真和实验的角度对声场空间分辨率（即声场扫描参数）进行优化，在保证声场重建图像质量的前提下将扫描效率提高了2~4倍。同时，将优化后的声场重建结果与传声器在相同位置处的声场直接测量结果进行比较，验证了声光效应层析成像进行超声声场重建的可靠性。

光学衍射层析成像以折射率为内源性染剂，非侵入式地获取生物样本的三维结构信息，并有希望实现对活体样本（如活细胞等）的长时间动态观测，在生物医学和生命科学领域具有重要的意义。然而，光学衍射层析成像依赖于弱散射近似和干涉测量，前者极大地限制此项技术在集群细胞和组织等厚样本上的观测表现，后者则会显著地增加成像系统的复杂度。针对上述问题，研究人员开发了一类基于非干涉强度测量原理的衍射层析成像技术。首先，对非干涉强度衍射层析成像进行基本描述，包括其成像系统、成像指标和重建问题等；接下来从非干涉相位恢复、三维光学传递函数、多层递归正向传播模型和神经网络4条技术路线介绍非干涉强度衍射层析成像的研究成果和最新进展，并对上述方法进行对比；最后讨论当前面临的问题和挑战以及未来的研究方向。

荧光粉沉淀是影响白光LED发光质量和光学一致性的关键因素。为了实现荧光粉沉淀的快速、无损检测，提出一种基于光学相干层析（OCT）技术的荧光粉沉淀检测方法。使用OCT系统对白光LED进行成像，比较白光LED的OCT与切片图像，分析了荧光粉的数量分布和沉淀物形态。根据荧光粉数量与面积分数的关系以及荧光粉沉淀过程中荧光粉数量分布的变化特点，设计了从OCT图像中提取荧光粉面积分数的算法，分析了荧光粉面积分数与荧光粉沉淀程度的变化关系。实验结果表明，OCT技术可以准确检测白光LED的荧光粉沉淀物形态，荧光粉在OCT图像中的面积分数可以量化荧光粉沉淀程度。该方法可以满足白光LED荧光粉沉淀的检测要求，并可用于白光LED的质量检测和封装工艺研究。