为了进一步提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)面对海量回波数据的实时成像处理能力，基于4f光学结构对SAR实时成像光学处理器进行了光机系统设计和分析。首先，设计了适用于滤波算法的入瞳直径21 mm、视场角7°、焦距172 mm的傅里叶变换透镜，并对4f光学系统采取紧凑化设计。然后，利用集成优化方法优化了4f光机结构中的柔性镜座，并对整体结构进行了模块化设计和分析。分析结果表明：4f光学系统成像质量趋于衍射极限，傅里叶变换透镜的MTF在55 lp/mm处优于0.57，4f光机系统在常温1g重力工况下透镜面形RMS值小于 λ/50，整体结构基频大于100 Hz。4f光学处理器整体尺寸为405 mm×145 mm×92 mm，质量约为2.94 kg，其体积、质量分别仅是同等SAR数据处理水平的斜平面光学处理器的30%、48%。通过数据的模拟仿真，表明系统设计满足星载或机载的实时成像使用需求。

三维成像与显示技术能获取并保存物体的空间三维信息并呈现出立体逼真的画面，在消费电子、自动驾驶、机器人视觉以及增强现实及虚拟现实等领域有广阔的应用前景。现有的三维成像与显示设备受到传统光学元件性能缺陷的限制，难以同时满足宽视场、大数值孔径、高分辨率、连续视差和小型化等性能要求。超构表面作为亚波长结构单元排布组成的新型平面光学元件，能对光场进行灵活调控，具有多功能、易集成、轻薄化和紧凑化的优势，有望突破传统光学元件的瓶颈，为实现多功能紧凑型的三维成像与显示设备提供可能。本文综述了超构表面在三维成像与显示技术中的研究进展，详细介绍了超构表面在主动式和被动式的三维成像技术，以及全息显示、光场显示和近眼显示的三维显示技术中的应用和表现，最后总结和展望了超构表面在三维成像与显示领域的挑战和未来发展方向。