分析了基于彩色光照的粒子图像测速算法中示踪粒子的成像原理，并根据实际流场中的应用环境以及彩色粒子图像测速算法的实验条件，采用一套由白色光源和波长线性变化的滤波片组成的照明系统，为粒子场提供不同深度、相同光强的彩色体积光照明。根据针孔相机模型和其对应的点扩散函数，建立示踪粒子的三维成像模型，得到在彩色体积光照射下流场中的粒子在彩色相机上的模拟图像。结合朗肯涡流模型生成的三维速度场得到不同时刻下的模拟粒子图像。采用彩虹粒子图像测速算法对不同密度的粒子在不同速度的朗肯涡流场下的模拟图像进行粒子分布场和粒子速度场的重建分析，与真实值对比，证明该方法生成的模拟粒子图像可以为基于彩色光照粒子图像测速算法的研究提供支撑。

基于蒙特卡罗方法, 对γ射线针孔成像系统进行了点扩展函数的模拟研究.采用高斯拟合法比较了入射点中心入射及分别偏离0.5像素、1像素、1.5像素和2像素五种条件下γ射线针孔成像系统的点扩展函数, 得出相应系统的调制传递函数, 并对空间分辨率进行比较.研究结果表明, 当偏离量较小时, 利用高斯拟合方法得到的γ针孔成像系统的点扩展函数误差较小, 能够满足精度要求；当偏离量较大时拟合误差较大.另外, 在针孔与探测器之间加一层理想挡板来减少散射, 可以显著地减少拟合误差, 提高其空间分辨率.

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法, 对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简, 分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下, 通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中, 通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF), 结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数, 进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致, 验证了通过菲涅耳衍射模拟Ｘ光针孔成像的可行性。

针对神光Ⅲ主机装置的靶室结构和打靶方式要求，基于针孔成像原理，成功研制出应用于神光Ⅲ主机装置的X光静态成像系统。该系统采用模拟靶组件进行离线瞄准，并可进行在线轴向和指向调节，调节精度分别为81 μm、40 μm。针孔组件和滤片组件的自动更换使系统实现了真空环境下的在线快速切换和运行。同时使用有限元软件ANSYS对系统的变形与应力进行模拟分析以保证系统的可靠性。系统搭载X光CCD在神光Ⅲ主机装置上进行激光打靶考核，实验结果表明，该系统达到神光Ⅲ主机装置使用要求。

在激光惯性约束聚变实验研究中，诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源，对内爆球壳进行瞬态辐射照相，进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序，对快点火X射线背光照相进行了研究，模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响，对于快点火实验中微米尺寸塑料小球，进行了诊断方案优化。模拟结果表明，综合考虑光通量及成像空间分辨，针孔半径为10 μm时成像效果最佳；此时，采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。

采用新型室温碲锌镉(CdZnTe)辐射探测器, 通过厚针孔系统对137Cs高能662 keV伽玛射线辐射源进行成像探测, 得到了能谱图和放射源图像。计算分析了高能射线穿透效应对空间分辨力的影响, 并对不同偏压下得到的图像进行比较与讨论。实验表明, 当放大倍率不大时(小于3), 高能射线对准直器材料的穿透效应增大是限制图像空间分辨力的主要因素, 探测器像素尺寸的大小对图像空间分辨力的影响并不明显。随偏置电压升高,探测器得到的图像会得到改善, 但过大的偏压(大于1 000 V)会使晶体内部的电场不均匀性增大, 降低信噪比从而降低图像品质。

根据高能射线针孔成像理论，采用CdZnTe像素阵列探测器建立了直接成像探测模式的伽玛源针孔探测系统。测试分析了CdZnTe像素阵列探测器的能量分辨力及峰值效率，讨论研究了针孔成像探测系统的调制传递函数和附加噪声特性，测试获得直径5 mm137Cs源的探测图像，采用Lucy-Richardson迭代算法得到了137Cs源的复原图像。实验结果表明:CdZnTe探测器对662 keV 137Cs源的能量分辨力为6.25%～7.50%，峰值效率65.0%～72.5%；成像系统探测图像存在一定扩散现象，所采用的Lucy-Richardson迭代复原算法能较好地修正图像扩散，提高探测图像中心区域细节分辨力；估算所得137Cs源尺寸误差约0.5 mm，所建立的CdZnTe针孔成像探测系统能有效得到小尺寸伽玛源的辐照强度分布及尺寸信息。

利用基于Geant4建立起来的针孔成像模型获得了不同偏移量下γ与中子的好事例、能量沉积的比值,并模拟分析了强γ背景对中子针孔成像点扩展函数的影响.研究结果表明:在偏移量小于1 cm时,γ与中子的好事例之比、γ与中子的能量沉积峰值之比以及γ与中子的能量沉积总和之比分别在0.40～042,063～0.65以及0.46～0.49之间;偏移量大于1 cm时,比值下降明显,γ对中子的影响减小.在同一偏移量下,γ射线的点扩展函数的分布范围要比中子的小,两者叠加后所获得的点扩展函数的分布范围介于两者之间.在一定入射偏移范围内的成像质量优于在针孔中心位置入射时的成像质量.

应用 Geant4 系统对中子针孔成像的点扩展函数进行了模拟研究.建立了点扩展函数的数学模型,并将其分布图像与能量沉积数据的分布图像作了比较,可看出点扩展函数与能量沉积数据吻合得较好.研究结果表明,在一定偏移量范围内,拟舍得到的点扩展函数更好,能得到较好的图像分辨率.通过对不同入射能量在一定偏移量入射下的点扩展函数讨论认为,入射能量增大虽然会增强图像的对比度,但会降低分辨率.

在激光驱动的惯性约束聚变(ICF)实验中,中子针孔成像能够为不同靶丸设计的性能提供重要的诊断信息.为了能够在实验上获得较好的结果,需要实验前对各种针孔设计方案进行定性和定量的判断.成像的理论计算可简单分为针孔成像和图像解谱两部分,为了解决成像的针孔设计问题,基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序,并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的2维图像,同时可以对图像的某些参数进行判读.