由于拓扑绝缘体具有优异的光学和电学特性以及特殊的能带结构，使其在发展高性能的宽光谱光电探测器方面具有巨大的前景。然而由于拓扑绝缘体的发现较晚，其在光电探测器领域的研究还处于初始阶段。因而存在许多亟待解决的问题，如制备更高质量的拓扑绝缘体材料。本综述概述了拓扑绝缘体材料的发展历程，并从材料制备和材料体系的角度阐述了基于拓扑绝缘体材料的光电探测器的研究进展，并展望了拓扑绝缘体材料在光电探测器领域的发展前景。

随着航天技术对更大视场、更高分辨率的需求，线列红外探测器规模越来越大，传统的制冷机与红外探测器单点耦合方式，已经无法满足超长线列红外探测器芯片温度均匀性的要求。结合国内外多家研究单位的设计及试验情况，对各类柔性冷链进行了对比分析，从热学性能及力学性能出发，总结了各类柔性冷链设计的特点及其适用性。

设计了一种基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统。此光学系统的工作波段为 3～5 .m及 8～12 .m，焦距为 45 mm，F/#为 2，双色探测器为 320×256、30 .m制冷型探测器。谐衍射光学元件改进了衍射光学元件在宽波段上的大色散问题，解决了衍射光学元件在宽波段上的色散严重和衍射效率低下的问题。该光学系统采用谐衍射光学元件消宽波段色差和宽温度范围热差，使中波红外和长波红外在不同衍射级衍射实现谐振共焦成像，使用较少光学元件，校正了双波段红外光学系统的像差和热差。基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统在改善像质、减小体积重量、宽波段消热差等方面表现出传统光学系统不可比拟的优势。随着双波段探测器和谐衍射透镜研发制造技术的进一步发展，双波段光学系统必将在目标跟踪、识别、精确打击等**系统中得到广泛应用。

仅用 3片透镜，设计了一款匹配 640×512氧化钒非制冷长波焦平面探测器的红外系统。该系统焦距为 100 mm，F数为 1.1，总长为 107 mm，工作波段范围为 8～12 .m，引入一片二元衍射面实现无热化温度补偿功能。利用 ZEMAX进行仿真设计，结果表明：在－40℃～＋60℃温度范围内，系统奈奎斯特频率（30 lp/mm）处 MTF均达到 0.49，接近衍射极限。该系统具有焦距较长，相对孔径大、全视场像质优良、温度适应良好、二元面衍射效率高、易于加工和结构紧凑的特点。

针对红外成像的小型化稳定平台参数辨识的问题，对系统中非线性因素进行尽可能抑制，并在高速环境下对系统进行辨识。在辨识过程中，利用伪随机信号（Pseudo random binary signal，PRBS）作为调制的输入电压信号对系统激励，相应的系统输出响应为速度信号，并应用增广最小二乘方法辨识线性离散模型参数，最后通过参数化和非参数化两种方式，对辨识模型的精确度进行了验证。结果表明：辨识得到的用来衡量实际系统输出随输入变化的传函关系的参数模型，能够反映真实系统的动态特性，满足辨识精度要求。

为减少快速反射镜状态空间建模过程中所需的结构参数数量，提出了一种基于系统辨识的状态模型构建方法，采用该方法建立状态模型时只需使用音圈电阻和电感两个结构参数。基于状态模型，设计了一套由降阶观测器、状态反馈、内模和镇定补偿器构成的组合控制系统，利用状态反馈完成对内模和镇定补偿器的设计，通过设计降阶观测器实现对电流和角速度的获取，组合系统可同时实现对输入信号的渐进跟踪和干扰的抑制。在 SIMULINK中建立仿真模型，仿真结果显示，不考虑干扰作用时，相较于不完全微分 PID（Proportion Integration Differentiation）控制系统，组合系统的调节时间下降了 53.6%，超调量上升了 131.2%；加入干扰信号后，不完全微分 PID控制系统的动稳态性能有明显下降，而组合系统的输出性能基本不受影响。仿真结果验证了理论分析的正确性。

现有所发布的大多数文献着重于图像融合算法的分析研究，很少有文献对采集融合图像的光学系统做出相应论述。本文根据手持融合观察镜的特点，对可见光/微光与长波红外图像融合、平行光路布局型式的融合物镜光学系统进行设计及分析。首先介绍了共光路光学布局型式与平行光路光学布局型式的优缺点，根据手持融合观察镜的特点选择了平行光路的光学布局型式；其次根据手持融合观察镜指标的要求对可见光/微光物镜进行“消热差”、定焦光学设计，针对长波红外物镜开展内调焦式光学设计；第三根据所设计的融合物镜光学系统，从平行光路光学布局型式、放大率及畸变变化 3个方面对图像配准精度进行分析；最后对手持融合观察镜实际场景的融合图像进行分析判断，得出融合图像质量好，能满足手持融合观察镜融合性能的要求。

针对红外与可见光图像融合时，易产生细节丢失、噪声抑制不佳等问题，本文提出了一种改进的滚动引导滤波融合算法。该算法充分利用了滚动引导滤波边缘和局部亮度保持特性，在通过均值滤波将输入图像分解为基础层与细节层的基础上，结合滚动引导滤波与高斯滤波获取输入图像的显著图，利用不同尺度参数的引导滤波对显著图优化得到权重图，将权重图作为权重分别指导基础层与细节层的融合，最后联合融合后的子图重构得到融合图像。针对 3类测试数据进行的融合实验表明，与非下采样轮廓波变换、基于引导滤波、基于显著性检测的两个尺度的图像融合等经典方法相比，本文方法得到的融合图像不但从主观视觉效果上细节信息更丰富、目标对比度加强，并且在非线性相关信息熵、相位一致性等 6项客观评价指标上均具有较好的效果。

目前海上目标检测已在民用和**领域得到广泛的应用。由于海水波动大、目标成像面积少、特征不显著等特点增大了目标检测难度，为了消除上述的问题，首先提出了一种基于混合高斯-马尔科夫随机场目标检测模型，该模型利用所提出的混合高斯模型自适应调节学习率来抑制动态背景的干扰。然后，利用混合高斯模型对红外图像所计算的结果作为马尔科夫随机场的观测值，建立了马尔科夫随机场模型，可以解决混合高斯模型存在的不足。实验结果表明，本文的方法能够取得良好的检测效果。

云相态分类在气象预报和气候研究中具有重要的地位。我国新一代气象卫星风云四号的成像仪在光谱通道数量和空间分辨率较上一代风云二号有较大提升，这为云相态的研究提供了新的遥感数据。本文首先对风云四号相隔 15 min的遥感图像进行分析，然后提出亮温云相态指数，该指数可以进行初步云相态分类，最后在此基础上提出基于集成学习的云相态分类算法。实验结果与风云四号官方云相态分类结果进行比较，水云的一致率达到 91.69%，冰云的一致率达到 76.10%。

基于卷积神经网络的图像超分辨率算法可以分为图像尺寸放大和图像细节恢复/增强两个步骤，在细节恢复过程中，卷积层直接从输入图像中学习特征并将该特征作为下一个卷积层的输入数据。为了加强输入图像和卷积层各通道图像的特征表达能力，提出了一种新的卷积神经网络算法，该算法对输入图像和通道图像进行选择性灰度变换而增强特征表达的能力。实验结果表明，在公共红外图像数据集和实验室采集的红外图像数据集上，所提方法的超分辨率重建效果均优于当前的几种典型算法，能够恢复的细节信息更多。

为解决红外图像边缘模糊导致边缘提取困难的问题，提出一种基于边缘特征与 K-means结合的红外图像边缘检测方法。首先将人眼视觉特性与红外图像边缘点处的灰度分布特点结合，构造出反映其结构特征的数据集；再利用 K-means将数据集分为边缘点和非边缘点，提取出图像边缘；最后利用二步法将边缘进行细化，以便实现红外图像边缘检测。实验结果表明：该方法能够通过自适应阈值提取出红外图像的完整外部轮廓，并保留内部边缘信息，对弱边缘起到良好的提取效果，并有效抑制噪声干扰。

电阻阵列红外仿真技术至今已发展为一项较为成熟的红外成像仿真方法，不仅像元规模越来越大，制造工艺水平也越来越高。尤其是国外，已研制出大规模商用电阻阵列器件，并在众多**系统研制过程中得到了应用；国内在该方面同样取得了较大的进步，但是在传统的非均匀测试方法上国内研究还存在一些遗留问题未得到很好的解决。如实验中出现的莫尔条纹、边缘效应、映射与对准等相关难题很少有研究者提出详尽可行的处理措施。本文针对莫尔条纹和边缘效应问题，提出了一种基于点扩散函数估计的迭代非均匀性测试方法，实现了条纹干扰和边缘效应的去除。此外，本文对于映射比大于 1:1的情况进行了仿真验证，对比了不同映射比和不同非均匀程度对校正效果的影响，给出了进行下一步实验的理论基础。

以大型光学模块转运时基于视觉的位姿测量为背景，利用目标底部同一平面的两个圆特征，针对大目标近距离对接时的环境限制，提出一种基于距离和角度约束的多相机非共视场位姿检测方法。对接时球头与锥孔正确对接，将两个相机分别固定于球头机构的内部后采集锥孔边缘的圆特征，利用非共视场成像的多相机标定获取两相机位置关系，融合多个相机的位姿信息，利用两圆共面和两相机位置关系约束剔除空间圆位姿解算时的虚假解。实验验证了该方法的精度，在 1140 mm的工作距离时，圆边缘特征的姿态角误差小于 0.5°，圆心的计算误差小于 1.0 mm，实验结果表明该方法可准确计算位姿，结果可靠有效，在大目标近距离位姿测量时具有明显实用性。