阐明了编码孔径相关全息记录和再现的基本原理,介绍了现有记录编码孔径相关全息图的系统与方法,着重分析了成像系统的分辨率及再现像质量,并讨论了该技术目前存在的问题与研究方向。编码孔径相关全息已经在动态三维成像、多光谱成像、自适应光学,以及生物医学、**等领域中展现出了其应用潜力。

在1.2 m车载望远镜的基础上, 通过机上折轴卡塞格林焦点, 将主光学系统与白天成像系统相连, 实现了白天高分辨成像.该系统采用短波红外波段, 在精密跟踪的同时, 校正大气波前整体倾斜.近红外波段的双通道成像系统, 通过在焦与离焦像面同时采集后, 利用相位差异技术来提高成像分辨率.该系统探测能力达到5等星, 成像分辨率接近两倍衍射极限, 观测时间比自适应系统延长6 h.

针对激光反射断层成像过程中存在目标的平动和抖动所产生的旋转中心偏移导致重建图像错位形成伪影的问题, 提出基于相位恢复技术的改进误差下降算法.该方法通过光强反复迭代得到相位分布, 获得重构目标丢失的相位信息, 通过增加初始约束条件以及空间域和频域的限制有效改善算法的收敛性. 运用改进的误差下降算法, 有效改善了相位恢复方法容易陷入局部极小解的问题, 获得了优化的重构图像.仿真实验表明, 三组投影数据重建图像的平均相对均方误差由0.774下降为0.551, 能够有效消除图像重建伪影.外场实验结果表明此方法使激光反射断层成像系统分辨率得到有效改善.

激光反射断层成像是一种新型的远距离高分辨率成像手段。反射回波可以近似视作发射脉冲和目标反射系数投影分布的加噪卷积,因此发射脉冲的展宽将显著影响重建图像的分辨率。现有的滤波反投影方法不能有效解决这个问题,而脉冲压缩和解卷积可以从回波中还原目标反射率分布投影,进而提高重建图像质量。基于多角度测量的相似性,提出了一种多帧迭代盲解卷积逼近方法,对一维回波信号进行解卷积,并在实际激光雷达上进行了实验,重建结果表明,此算法能显著提高成像的分辨率和细节,并能对发射脉冲给出参考。

基于距离分辨的激光反射层析成像是一种兼顾远距离和高分辨率成像特点的新型激光成像系统。激光发射脉冲宽度大于采样周期时，接收回波被视作反射率分布与发射脉冲的卷积。在重构目标反射率分布轮廓时成像分辨率降低。运用变分贝叶斯方法对1维探测回波信号进行非盲解卷积处理，对探测回波进行脉冲压缩，有效解决了由卷积效应带来的图像降质。设计了激光反射层析实验，并对实测数据进行了处理。重构图像表明此方法有效提高了系统成像分辨率。

针对全息体视图成像分辨率较低的问题，提出了用波前平面提高成像分辨率的方法。定量分析了空间采样、角采样和衍射效应对全息体视图成像极限分辨率的影响；以人眼在距离全息图600 mm 处观察的极限分辨能力为标准，给出了全息体视图的成像极限分辨率与三维场景深度及全息单元(Hogel)尺寸之间的关系；得出了在波长取632.8 nm 时，全息体视图能够高分辨率再现的三维场景的极限深度为12.80 mm，最佳Hogel尺寸为90 μm，并且依据极限深度设置了波前平面。选择2个三维场景进行了验证实验：数字模拟再现了结构较为复杂的坦克模型，可以准确表现出模型的各个深度上的精细结构；用基于空间光调制器的全息三维显示系统对茶壶模型进行了光学再现，再现图像很好地提供了深度和光泽等三维感知因素。

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测，而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础，分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型，推导了系统作用距离的表达式，对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明，对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3 的平面目标，当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5 μm 时，系统对目标的最大作用距离为12 km，作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。

采用激光主动照明技术，是对远距离暗目标进行成像、定位和跟踪的重要手段。但由于激光在大气路径中传输，受到大气湍流等因素的影响会造成辐照在目标上的激光光强分布不均匀，同时激光波前会产生畸变，从而降低目标的成像质量，影响对目标的高精度跟踪能力。基于激光照明大气传输模型，对中等湍流、弱湍流和不同光束数情况下的激光照明结果进行了数值模拟，分析了照明激光光强和波前对远距离目标成像的影响。计算结果表明：照明光强起伏方差优于0.5，波前畸变标准误差优于0.2 λ，可满足约1μrad量级的目标分辨能力。

光学系统及探测器的极限分辨率是影响激光主动成像系统分辨能力的主要因素，系统调制传递函数(MTF)是表征系统性能的重要指标。为了提高激光主动成像系统成像分辨率和MTF，分析了接收光学系统和探测器尺寸间的相互匹配关系，给出了光学系统参数的设计步骤，并对匹配条件和设计方法进行了实验验证。

从漫射近似理论出发,详细讨论了漫射投影系统的透射光斑的点扩散函数与时间门的时间分辨率、探测器的有限大小、生物组织的厚度以及积分时间的关系。