当自动对焦用于玻罗板线纹等方向性强的目标时，线纹方向的不确定性导致一些清晰度函数的鲁棒性降低甚至无法找到对焦位置。针对上述问题，通过Hough直线检测得到离焦线纹的角度，构建一种基于Hough变换的线纹清晰度评价函数，该函数的灰度算子垂直于线纹，对线纹方向变化具有较强的鲁棒性。为了比较线纹方向对清晰度函数性能的影响，对5组不同角度的线纹图像进行评价，得到清晰度曲线，并引入平缓区标准差等参数对曲线进行定量评定。实验结果表明，与传统的评价函数相比，基于Hough变换的评价函数的平缓区均值减小59.85%，标准差减小46.05%，对焦偏差减小92.63%，平均运行时间减少36.37%，镜头焦距的相对误差减小62.12%。

针对摄像机在车道上方的情况, 录制的是车辆尾部或前部图像, 有时无法利用路面上或车体上的参考长度直接得到检验车辆的行驶距离; 提出拟利用车辆行驶距离与车体横向放大率的关系式, 间接获得车辆行驶距离, 从而鉴定车速。通过公式推导得出车辆行驶距离与车体横向放大率的关系式和路面实验得出车辆行驶距离与车体横向放大率的拟合关系式, 对比实验, 检验方法鉴定车速的有效性。通过理论分析和路面上的实验研究, 得到车辆行驶距离与车体横向放大率成线性关系, 与其他方法测得的车速差异较小, 可满足司法鉴定工作的需要, 并提出简便易行的操作步骤。

为了消除在实际飞行过程中温度变化对机载折反式光学系统成像质量的影响, 对该系统的光学元件、机械结构等部分进行热分析, 实现机载折反式光学系统的无热化设计。首先, 根据透镜的光焦度公式推导透镜的光焦度温度函数, 列出透镜组的消热差方程。接着, 在考虑支撑结构的影响时引入轴向放大率, 以此表现折反式系统部分元件间隔变化对系统焦距影响大的特点。最后, 结合前两者确定完整的消热差方程来指导无热化设计。仿真结果表明, 工作在486~656 nm波段, 焦距为1 850 mm的机载折反式可见光光学系统在0~40 ℃之间成像良好, 调制传递函数下降不到0.1。

基于颗粒光散射成像原理, 通过测量聚焦面上的零级谱与一级谱之间的距离, 即可得到该颗粒的折射率。分析了成像系统接收角和放大率偏差对颗粒折射率测量精度的影响, 给出了接收散射角和放大率的取值范围。提出了一种基于线性拟合精确确定散射角和放大率的实验方法, 并对直径为45 μm的标准聚苯乙烯(PSL)颗粒和19.1 μm的玻璃颗粒的折射率进行测量, 相对测量误差分别为-0.19%和1.53%, 验证了所提方法的有效性。

针对基于数字全息术的分布式孔径综合成像系统,分析子孔径间探测器旋转和光瞳放大率误差对孔径综合成像的影响,提出基于子孔径目标图像配准的误差校正方法。首先采用尺度不变特征变换算法、欧氏距离最邻近法和M估计抽样一致算法进行子孔径目标图像配准,由此计算出子孔径间探测器旋转和光瞳放大率误差。其次对子孔径上的目标光复振幅进行处理,实现旋转和放大率误差的校正。实验结果表明,由子孔径目标图像配准计算出的旋转角度和放大率的相对误差小于0.01,校正后综合孔径成像锐度显著提高。

为了实现球面晶体背光成像、验证球面晶体背光成像系统性能, 采用模拟软件SHADOW对该背光成像系统进行了模拟研究, 并对实际成像过程中影响系统成像的探测器位置、背光源的大小等参量进行了模拟分析。结果表明, 探测器位置的微小变化对成像系统的相对放大率影响较小; 背光源越小, 成像系统的空间分辨率越高。该成像系统具有很好的空间分辨率, 系统性能稳定可靠。

球面晶体背光成像系统是一种重要的惯性约束聚变诊断技术, 为了验证球面晶体背光成像系统性能, 优化成像系统结构, 利用光线追踪软件SHADOW对该系统背光成像进行模拟, 对成像系统参量中成像物体位置、球面晶体弯曲半径和布拉格角等进行了模拟分析。结果表明: 布拉格角为57°和65°的球面晶体背光成像系统, 当成像物体厚度或者物体放置的误差Δa=±1 mm,晶体弯曲半径误差ΔR=±3 mm, 布拉格角误差Δθ=±0.1 mrad时, 在子午面和弧矢面光线追踪模拟的2个成像系统的相对放大率与经过相对放大率公式计算的结果比较吻合, 说明参量的微小变化对成像系统的相对放大率影响较小, 成像系统性能稳定可靠。

考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关, 本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点, 通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后, 对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率, 最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型, 给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准, 并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台, 测量了系统的垂轴放大率。 实验显示, 系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%, 验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。

可控放大率物光场重建算法可以有效利用数字全息图的空间带宽积，但同时会引入相位畸变。通过研究现有各种可控放大率物光场重建算法，导出了畸变相位的数学表达式。结果表明：无论对菲涅耳全息还是无透镜傅里叶变换全息，如果将“+1”级或“-1”级物光场放大，则重建物光场上都会叠加有一个由球面波产生的二次相位畸变，且“+1”级与“-1”级物光场所叠加的球面波相为共轭复数。如果将该球面波波长折算为记录全息图时的光波长，则球面光波半径相同，完全取决于放大率和物距，与算法无关。

为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。