光学稀疏孔径技术以其所具有的降低透镜加工面积、增大数值孔径和提升分辨率的能力被应用到超构透镜的设计和优化中。然而，目前稀疏孔径超构透镜的研究仅限于单波长，通常难以应用到宽波段成像领域。笔者基于波前编码和稀疏孔径技术设计了一种消色差稀疏孔径超构透镜。该消色差稀疏孔径超构透镜在加工面积降低至全孔径超构透镜25%的情况下，在可见光波段（400~700 nm）可实现与理想透镜一致的分辨率。该消色差稀疏孔径超构透镜既实现了对可见光波段的消色差，又解决了大孔径超构透镜的加工难题，具有加工成本低、消色差范围大、成像清晰等特点，在图像采集领域具有重要的应用价值。

基于双泽尼克多项式推导稀疏孔径光学系统与视场相关的广义光瞳函数，以Golay3稀疏孔径成像系统为例，通过ZEMAX软件进行光学设计和数据拟合获得广义光瞳函数的双泽尼克多项式系数，根据傅里叶变换关系计算得到稀疏孔径光学系统的调制传递函数（MTF），并针对不同视场稀疏孔径光学系统进行成像模拟和图像复原。结果表明，调制传递函数的理论计算结果与ZEMAX设计结果一致，利用双泽尼克多项式可以表示不同视场稀疏孔径光学系统的成像特性。构建与视场相关的维纳滤波器进行图像复原，可有效提高不同视场稀疏孔径光学系统的成像质量。

针对阵列信号处理中传统信源个数估计方法如基于Akaike 信息论准则方法(AIC)、最小描述长度准则方法(MDL)等特征值分解类算法计算量大，且在小快拍数、低信噪比时性能下降甚至无法正确估计的问题，提出了一种基于子空间分析的快速信源个数估计方法。该算法首先利用多级维纳滤波器(MWF)对信号进行快速的子空间估计，然后计算阵列信号协方差在子空间匹配滤波器中的投影值，通过分析其正交性来估计信源个数。研究结果表明，该算法不但在小快拍数、低信噪比时相较于传统特征值分解类算法具有更优异的性能，并且计算量大大降低。

红外测温系统的应用减少了人工测温的安全事故, 但其温度的准确性取决于由红外热像仪获得的图像的质量。为了对钢水红外图像质量的影响, 提出了基于自适应维纳滤波的去噪方法。通过自相关的参数指数衰减模型来控制算法的计算复杂性和敏感性, 进而有效提高维纳滤波器的去降噪性能。基于对不同温度下钢水红外图像的去噪处理, 验证了所提去噪方法比维纳滤波和稀疏分解方法的图像去噪具有更好的去噪性能。

对基于法布里-珀罗（F-P）微腔结构的光纤声传感系统进行研究。传感头由具有高熔点、低热膨胀系数的氧化锆（ZrO2）管贴合氧化石墨烯（GO）薄膜制作而成。测试结果显示，F-P微腔的腔长为92.943 μm，反射谱的干涉对比度达25 dB。对传感头的声音传感性能进行测试，结合多帧比较法，实现了语音前导无话帧的自动识别。运用基于小波包变换的维纳滤波方法对采集到的信号进行去噪，相比单纯运用维纳滤波的方法，信噪比提高了1.5 dB，从而提高了语音质量。整个系统结构简单、成本低、实用性高，应用场景广泛。

为了解决传统复原算法在退化图像复原过程中过度依赖先验知识弊端, 提出利用BP神经网络学习和泛化能力强的优点进行退化图像复原研究。首先, 采用BP神经网络进行退化图像的复原研究。然后, 针对BP神经网络在学习过程中由于对网络初始值的过度依赖导致网络收敛速度慢、易于陷入局部极小值的缺点。提出利用灰狼优化算法的全局搜索能力对BP神经网络的初始参数进行优化, 并利用改进收敛因子与动态权重指导种群移动的方式对灰狼算法进行改进。实验表明, 本文提出的改进灰狼算法优化BP神经网络复原方法与维纳滤波算法、L-R复原算法、BP神经网络和PSO-BP神经网络等复原方式相比, 收敛速度和复原精度方面得到大幅度提高, 在客观的评价标准结构相似度与峰值信噪比方面都获得较好的数值结果。

提出一种光谱信号噪声的乘性加性混合分析模型，并采用维纳滤波和同态滤波相结合的算法对光谱信号进行去噪处理。仿真结果表明，该算法比移动平均算法、最小均方算法和递归最小均方算法具有更好的去噪性能。实验结果表明，氙灯光谱信号中的噪声符合乘性加性混合模型。与移动平均算法、最小均方算法和递归最小均方算法相比，从该算法处理后的汞灯光谱信号中能够提取更加稳定的谱峰谷位置、谱峰幅度、谱峰半峰全宽等特征值，定量分析时能获得更好的结果。

在天文图像去噪中, 为了提高迭代曲波阈值算法的去噪重建性能, 提出了基于循环平移和曲波维纳滤波的压缩感知迭代重构算法。首先, 使用基于曲波阈值的循环平移方法对重构图像进行调整以抑制重构图像中的伪吉布斯效应; 接着, 用提出的曲波维纳滤波算子替代小波阈值在迭代过程中对图像曲波系数进行筛选以进一步提高重构图像的质量。通过对添加高斯白噪声的Lena图像和月球图像进行重构实验, 分析本文算法和当前主流算法的性能。实验结果表明, 与传统的压缩感知迭代曲波阈值算法相比, 本文算法能够获得较优的去噪性能, 有效地保护天文图像的细节信息, 峰值信噪比大约提高了2.6~3.2 dB。

基于激光相干探测理论建立了全光纤激光相干测振系统, 并结合维纳语音增强技术实现了远距离、高质量语音信号的获取。首先, 介绍了该系统的检测原理及光纤器件特性, 搭建了全光纤激光相干测振实验系统检测发音者咽喉振动, 从而实现远距离语音信号的获取。由于直接获取的语音信号受到严重的噪声干扰, 采用基于最小控制递归平均算法估计噪声的维纳滤波来抑制噪声, 提高语音质量。实验结果显示: 激光相干测振系统可有效获取70 m内的语音信号(检测喉咙振动还原语音); 语音增强技术可有效抑制噪声, 将信噪比提高5 dB, 并增强语音的清晰度。由此表明, 该系统具备获取远距离、高质量语音信号的能力。