激光散斑是阻碍激光投影显示技术发展的一大瓶颈。基于复合散斑衬比度分析法，对影响激光投影系统中复合散斑衬比度的参数进行了分析，即统计独立散斑图样个数N和探测器成像镜头在投影屏幕上的分辨基元面积内的散射光波的相干面元的数量M。可通过调节投影镜头和成像镜头的数值孔径、投影距离及观测距离等参数改变N和M，从而达到改善激光投影系统中散斑现象的目的。并在简化的投影系统中，就随机相位片上照射光斑面积、照明系统数值孔径对激光投影成像中散斑衬比度的影响进行了系统实验分析。实验结果表明，在投影镜头尺寸一定的基础上，适当增加照射在随机相位片上光斑的面积，可有效降低散射屏幕上二次散斑图样的衬比度，且投影镜头数值孔径的减小会增加散斑现象，这为激光投影系统的小型化提出了一大挑战。该结论可为以旋转随机相位片抑制激光投影成像中的散斑提供系统设计指导。

激光散斑血流成像(Laser Speckle Flowgraphy, LSFG)技术采用了生物医学领域血流变化监测的一种无需扫描全场光学成像方法, 与其它技术相比具有一些独到的优点, 其有效性已经在近20年中被众多的临床实例所证明。经过多年的发展, 该方法在理论和系统上趋于完善和多样。系统地介绍了激光散斑血流成像技术的发展和基本原理, 以及在理论研究方面和系统设计方面的研究进展, 包括: 速度分布模型、对比度分析算法、散斑大小与像素的匹配、曝光时间的选择等问题。

空间光调制器（SLM）是一种对光波的光场分布进行调制的元件。它广泛应用于光信息处理、光束变换和输出显示等诸多应用领域。随着高分辨率空间光调制器在光学显微成像系统中的应用，大大提高了显微振幅和相位样品显微成像的分辨率和对比度，不仅能够实现各种传统的相位显微技术，而且能够灵活地以更复杂的相位调制方式实现新的显微成像。在光学显微系统中，SLM不仅用以控制样品照明光束，同时能作为空间傅里叶滤波器用于成像光路，综述了SLM在光学显微系统中的多种灵活应用。

采用量子模型对近共振激光驻波原子透镜会聚Cr原子束、形成纳米量级光栅结构的物理过程进行数值模拟。为提高原子透镜的成像质量,对各种像差,如衍射像差、球差、色差、及原子束发散角、原子磁支能级、原子同位素等因素引起的像差进行了理论分析。模拟结果表明,相比粒子光学模型,量子模型能更加精确地描述原子会聚结果,且能解释原子在驻波光场中的衍射现象。在各种像差中,原子束发散角是最主要的因素,其影响大于衍射像差、球差、色差。原子的磁支能级、同位素等因素对像差影响很小,可以忽略不计。激光冷却准直原子束的方法可以减小束发散角引起的像差,压缩原子速度Vz分布范围的方法可以减小色差。

提出了一种照明无关的小波多尺度相乘边缘检测方法,用于从非均匀的弱照明图像中提取边缘。根据照明反射图像形成模板与CCD相机成像原理,推导出图像的对应小波变换公式。然后,对图像局部区域中噪声、边缘与背景像素的小波系数进行比较分析,设计了一种照明无关的小波边缘检测公式。为增强边缘并抑制噪声,提出了一种改善的小波多尺度相乘边缘检测方法,并依照小波变换后边缘像素的特征,提取单像素的边缘。采用仿真和真实的非均匀的弱照明图像对该边缘检测算法进行验证,并与另外两种边缘检测方法进行定性的和定量的比较。实验结果证实了这种边缘检测方法能够从灰度不均匀的低衬比度图像中正确有效地提取边缘。

建立了后向散射光在二维光敏面上能量分布的理论模型,结合典型水下激光成像系统,提出用像面表观衬比度来评价系统极限探测距离的方法,并推导了计算公式;通过选取水下激光成像系统的典型参量进行模拟计算,进一步讨论了系统主要组成部分的相对位置对像面表观衬比度分布的影响;得到像面表观衬比度与目标距离的关系曲线以及系统极限探测距离随海水衰减系数的变化曲线,从而估算出不同水质条件下系统的极限探测距离。模拟仿真数据与实际实验结果基本一致。

简要分析了非扫描激光成像的技术优势,介绍了利用条纹管实现非扫描激光成像的工作原理,说明了图像空间分辨力与系统距离精度的对应关系。对影响图像空间分辨力的主要因素进行了理论分析,得到了系统总空间分辨力与各单元器件空间分辨力和放大倍率的对应关系,在此基础上,对现有条纹管成像系统进行了相应的计算,得到了空间分辨力的理论预期值；最后,提出了一种基于分辨力板成像的系统空间分辨力测试方法,设计了相应的验证实验,对实测图像进行了去噪处理和数据分析,得到了图像的衬比度传递函数(CTF)曲线,通过衬比度传递函数分析,计算出了成像系统的实际空间分辨力,并将实测的分辨力数据与理论值进行了对比分析。

人眼视觉系统(HVS)特性是图像显示、处理和理解等理论与技术的重要依据,衬比度敏感函数(CSF)是描述视觉系统空间特性的主要指标之一。显示器作为图像信息输出的主要设备,显示器环境下人眼衬比度敏感函数数据更有实际应用价值。研究用阴极射线管(CRT)显示器测量人眼亮度衬比度敏感函数,详细描述采用10 bit图像显示卡产生亮度条纹衬比度达到人眼阈值的方法,提出采用多衬比度交互阈值确定(MITD)衬比度阈值的心理物理学实验方法。对矩形条纹的平均亮度10 cd/m2、60 cd/m2、90 cd/m2三个等级,0.41 cpd,0.82 cpd,1.23 cpd,1.97 cpd,3.08 cpd,3.79 cpd,4.93 cpd,7.04 cpd,9.86 cpd,16.43 cpd,24.64 cpd 11个空间频率和12名正常视力的青年进行了测量。测量结果与国内外采用光学装置方法测量结果进行了比较和讨论。

提出了一种基于数学形态学滤波的多分辨力图像融合。这种融合方法使用了形态学开闭运算构造了低通与高通滤波器, 将原始图像分解为4子带图像金字塔和4子带方向衬比度图像金字塔。然后利用方向衬比度和区域标准差进行图像融合得到融合的4子带图像金字塔, 最后应用子带图像重构得到融合图像。融合实验表明, 该方法优于传统的形态学金字塔图像融合, 衬比度金字塔图像融合和小波分解图像融合。

针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现过程的特点,提出了一套不同于以往的削弱或消除全息图0级衍射和孪生像的数字图像处理算法。该算法分为三步。首先,对所拍摄的数字全息图通过高通滤波实现衬比度增强预处理,以提高全息图的衍射效率并消除再现图像的0级衍射斑;其次,对再现图像进行带通及V型滤波,以降低背景噪声并使再现视场均匀;最后,对所得到的再现像进行平滑处理,通过小波滤噪和中值滤波进一步提高再现像的信噪比。实验结果表明,该方法只需记录一幅数字全息图,通过简单的数字图像处理,便可明显改善图像质量,尤其适用于无透镜傅里叶变换全息图的数值再现,并且更加实用化。