为实现无标记样本的定量检测，借助NX12.0搭配相关器件自主设计了一款小型化相位显微镜。相较于市面上售价高昂的相位显微镜，所设计显微镜无需相干器件，且在满足系统分辨率的前提下，将体积缩小了约60%，大幅提高了便携性，同时成本仅需5000元左右。系统中还嵌入了自动对焦算法和基于变换域的视场校正算法，以加快检测速度和相位恢复的准确率。经测试，系统在10倍物镜下的分辨率达到了分辨率板极限2.19 μm，同时随机相位板的检测表明相位恢复的准确率也达到了基本需求。除此之外，还对活细胞结构和平面玻璃的缺陷进行了测试。结果表明，所提系统不仅能对活细胞进行较好的定量测量，还可以在透明/半透明平面缺陷的检测中发挥重要作用，更是证明了这种成本低、便携性高、可实现无标记样本定量的系统设计方案的可行性。

提出一种基于离散W变换的差分调制计算鬼成像方法。使用正负两组离散W变换基图案对光源进行差分调制，根据桶探测器测量的光强值获取目标对象的频谱，通过矩阵形式的逆离散W变换重构目标图像。仿真和实验结果表明，该方法可以从压缩测量中获得图像，通过差分测量可以消除背景噪声，获得良好的图像质量，并且可以通过逆变换实现快速重建。与其他方法相比，该方法在成像质量上更具优势。

为了消除投影仪的伽马效应，近年来二值条纹投影轮廓术得到快速发展。如何确定合适的离焦量是二值条纹离焦投影三维测量的关键问题。离焦不足时，条纹会包含高阶谐波；离焦过度的话，条纹对比度降低，相位分辨率降低，同时噪声的影响相对变大。离焦不足或离焦过度都会影响相位测量精度。为了解决这一问题，基于数字相关法提出一种最优离焦量的确定方法。该方法利用条纹与其二阶微分的相关性来确定最佳离焦量，以获得准正弦条纹。在欠离焦和过离焦情况下，相关系数均较小，只有当条纹为准正弦条纹时，相关系数取得极大值。对该方法进行了数值模拟和实验验证。实验结果表明，所提方法具有速度快、准确性高的优点，可在二值条纹投影过程中实时跟踪相关系数并确定最佳离焦量。

大动态、高精度主动热控技术是高轨大型空间相机高性能、长寿命运行的核心关键。空间相机主动热控系统既要满足高精度测控温要求，又要实现小型化、集成化以降低资源和功耗需求。然而，传统以中央处理器（CPU）和数字信号处理器（DSP）为控制单元的架构难以满足高集成化的设计需要，且热控功率较大，需进行功率管理以满足整星能源要求。针对以上问题，面向地球同步轨道大型空间相机大动态、高精度的测控温需求，设计了以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制单元的主动热控系统，利用FPGA的高速并行处理能力和丰富接口资源，实现复杂空间相机高集成度高精度主动热控。设计了热控功率错峰功能，对加热片采用分时控制，动态实时检测热控功率，在保障相机关键部件控温精度的前提下，将热控功率限定在功率设定值。该系统已应用于地球同步轨道大型空间相机，对相机108路加热、138路测温和2个星上黑体进行高精度测控温，通过地面和在轨测试验证了主动热控系统设计的合理性和正确性。

小肠肠道发病原因隐匿并且小肠存在大量褶皱，大景深光学系统有利于在诊断过程中获得更多的病理信息，而目前市面上的胶囊内窥镜光学系统景深较小。所提胶囊内窥镜光学系统在保证一定分辨率的同时，还可在7~100 mm大景深范围内有效成像。该系统视场角为100°，F数为5，在全视场范围内调制传递函数均大于0.35（在125 lp/mm频率处），在与之搭配的OV9734成像芯片上能够满足成像要求。并对该光学系统进行了公差分析，结果表明其在可加工范围内能满足常规生产与装调。

如何解决大视场和高分辨率之间的矛盾成为了众多科技人员的研究重心之一。基于此，提出一种动态小凹成像系统，在传统的小凹成像系统的基础上，引入方孔液晶透镜对视场中的感兴趣区域进行扫描，实现了在除感兴趣区域外其余区域低分辨率的条件下，在特定视场内的高分辨率成像。制作了方孔液晶透镜，并且对其实际孔径的特性进行了测量与分析。搭建了基于方孔液晶透镜的成像系统，通过此系统实现了动态小凹成像，并用调制传递函数（MTF）测试卡ISO12233对感兴趣区域与其余区域的低分辨率进行了测试。

压缩感知高光谱计算成像技术是当前高光谱计算成像领域的研究热点之一，其能够在保持系统元器件物理特性不变的前提下，有效地提升成像质量。本文概述了高光谱计算成像的研究背景和基本概念，详细介绍了压缩感知高光谱计算成像系统的发展现状，重点阐述了本团队提出的基于空-谱编码的压缩感知高光谱计算成像技术，并对其系统组成、数理模型以及最新进展进行了说明。通过总结压缩感知高光谱计算成像的背景知识以及空-谱编码压缩感知高光谱计算成像的研究工作，力求为科研人员探索压缩感知高光谱计算成像新体制带来新的思路，促进高光谱计算成像技术的发展。

开展了多谱段信息融合的偏振成像探测方法和技术研究，提出了多谱段偏振成像仪器总体方案；深入分析了目标起偏和传输特性建模与测试、高消光比金属微纳格栅偏振元件的优化、多谱段偏振成像探测系统光学设计、多谱段偏振信息处理等关键技术方案。提出一种新颖的深度网络，通过自学习策略来解决偏振图像融合问题，为研制多谱段偏振成像探测实验样机提供技术支撑，以满足偏振光学成像中目视辅助和引导的实际应用需求。

基于主动散斑投射的双目立体视觉成像技术仅需一次投影拍摄即可实现三维重建，适合于动态成像，但在水下应用时，存在小孔模型失效、极线约束匹配条件不满足，以及投射散斑左右图像因受水下环境吸收、散射影响产生退化等问题。本文重新建立了基于主动投射散斑图案的水下双目视觉成像模型，分析了散斑图案对水下双目对应点匹配精度的影响，搭建了主动散斑水下双目视觉动态三维成像系统实验装置。实验结果表明，基于主动散斑投射的水下双目立体视觉技术具有较好的动态3D成像效果，动态误差在该双目立体视觉实验装置本身结构和系统参数决定的静态误差之内。

传统多光谱关联成像技术的发展受限于系统结构复杂和数据量大。为提高多光谱图像的复原效率，本文提出了余弦编码复用多光谱关联成像技术。将具有确定频率的余弦结构编码与正交Hadamard基图案复用为结构光对目标场景进行调制照明，并用一个宽带光电倍增管收集后向散射信号。在复原过程中，基于余弦编码的傅里叶频移特性可将多通道光谱混叠信息由空间域转换到频率域进行解码分离，最终复原出目标场景的多光谱图像。通过仿真分析了理想低通滤波器、高斯低通滤波器和巴特沃斯低通滤波器对多光谱图像复原质量的影响，并将所提方法与传统方法进行了对比实验。结果表明：所提方法能有效提高多光谱信息的获取效率，缩短图像重建时间；频域滤波时，选用高斯低通滤波器比理想低通滤波器、巴特沃斯低通滤波器更具优势。