灰度漂移是地基中波红外测量系统标定和测量的主要误差来源之一。通过研究外场辐射标定时环境温度对中波红外测量系统输出灰度的影响，发现了灰度随环境温度漂移的规律，找到了灰度漂移的原因，推导了环境温度与灰度漂移的关系，提出了基于环境温度的灰度漂移补偿方法。实验结果表明，文中所提方法能有效补偿红外测量系统的灰度漂移量，降低中波红外测量系统受环境温度变化引起的灰度漂移。

图像超分辨率重建是利用单幅或多幅降质的低分辨率图像重建得到高分辨率图像，以提高图像的视觉效果并获得更多可用的信息。本文提出结合图像特征聚类和协同表示的超分辨率重建方法。在训练阶段根据图像的特征信息对图像样本进行聚类并利用图像特征的差异性训练不同的字典，克服了传统训练单个字典方法对图像特征表示不足的缺点。而且利用协同表示方法求得不同聚类的高、低分辨率图像样本之间的映射矩阵，提高了图像重建速度。实验表明，本文方法与其他方法相比，不仅提高了重建图像的PSNR和SSIM指标，而且改善了视觉效果。

利用STM32 微处理器，设计了一种基于吸收光谱技术的皮肤胆固醇无创检测系统，通过微型光谱仪获得有色产物的吸收光谱信息，间接得到人体皮肤胆固醇相对含量。本系统设计了一款高精度可调LED 恒流源，LED 光强的波动范围控制在±1%以内。还设计了一种结构简单、试剂用量少、不需要确切的检测试剂体积的液体限位装置，实现被测液体浓度的准确测量。通过检测梯度浓度CuSO4 溶液，验证了系统应用于不同浓度溶液定量检测的准确性。采用本系统对动脉粥样硬化性疾病患者和对照人群的皮肤胆固醇进行检测，检测结果在统计学上有显著性差异，初步验证系统可用于人体皮肤胆固醇的检测。

针对存在障碍物农田区域的植保无人机避障问题，提出了一种基于结构光视觉的植保无人机障碍物检测方法。本文基于激光三角测量原理，通过半导体激光器与CCD 传感器间特殊的光路，设计了可探测前方障碍物信息的光学检测系统。激光器发出的线结构光经障碍物表面的反射，成像于CCD 靶面上，通过图像采集、处理和计算提取出前方障碍物距离、方位角和宽度等参数信息。实验表明，该方法能够有效检测出未知环境下障碍物的距离、方位角和宽度，并且距离检测误差小于0.06 m。

压缩感知技术用于大气湍流波前斜率测量能在很大程度上提高波前信号的测量速度，同时降低波前测量系统的硬件压力。与现有波前斜率测量方法不同，压缩感知波前测量方法增加了从波前斜率的稀疏测量值到波前斜率信号的重建过程，因此将压缩感知技术用于波前测量，需要快速、高精度的波前斜率重建算法。Smoothed L0 Norm (SL0)算法是一种近似L0 范数估计的优化迭代重建算法，与其它算法相比，不需要事先知道信号的稀疏度，计算量低且估计精度高。本文以SL0算法为基础，对波前斜率信号分区域测量，再结合并行运算，通过理论分析和仿真实验实现了一种能够快速、高精度重建信号的分区域并行算法—Block-Smoothed L0 Norm (B-SL0)。实验结果表明，B-SL0在计算时间和精度都明显优于现有的其它重建算法，对压缩感知技术用于大气湍流波前测量的可行性进行了初步探索。

在非球面及自由曲面加工中，应用最为成熟的是计算机控制光学表面成型(CCOS)技术。现有CCOS 技术普遍采用恒压力研抛方法，加工过程中研抛压力保持恒压，通过控制驻留时间实现所需的去除量。本文研究了基于变压力的CCOS研抛方法，增加了调控维度，通过同时控制研抛压力和驻留时间实现所需的去除量。首先，对该方法建立了加工控制的数学模型。然后，测量分析了磨头输出力的稳定性和响应速度，去除函数的稳定性。最终，在K9 材料平面镜上开展了正弦压力抛光的材料去除实验。结果表明，实测与理想正弦研抛压力周期一致，力误差标准差约为0.35N，对去除面形PV和RMS的影响均不到9%；实际与仿真加工的面形轮廓周期一致，加工区域的面形误差在17%以内。本文实现了变压力研抛，验证了基于变压力的CCOS研抛方法在光学加工中的有效性。

面向国内开放低空的发展趋势和重点区域的防护要求，结合最新的光机电控技术，提出一种可对低空空域进行快速目标搜索的光电技术，并研制了一套样机系统。该系统利用搭载在高精度一维转台上的线阵CCD 相机连续采集360°低空全景图像，图像数据通过千兆以太网滑环实时传输至数据处理工作站；数据处理工作站对全景图像进行实时检测，解算得到可疑目标的方向，进而实现对低慢小目标的搜索发现。利用该样机系统开展了初步的观测试验，结果表明：利用该系统可以对低空空域的慢速飞行目标进行全方位的搜索侦查，在大气透明度良好的情况下，最远可以探测到2300 m处的300 mm×300 mm×200 mm大小的无人机目标，测向精度达到602。本研究工作为解决低慢小目标搜索发现问题提供了一种有效手段。

角向偏振聚焦光场在超分辨光学显微、粒子操控等领域有着重要的应用。为克服传统透镜体积大、不利于集成等不足，本文提出了一种基于二值振幅(0，1)调控的角向偏振光超振荡聚焦平面透镜。针对波长λ=632.8 nm，设计、制备了超振荡平面透镜样品。透镜半径为650λ，焦距为200λ，数值孔径NA=0.96。实验结果表明：聚焦光场在焦平面上形成的空心聚焦光场呈圆环结构；空心环内径半高全宽为0.368λ，小于超振荡判据(0.38λ/NA=0.398λ)；最大旁瓣比为36.7%。该平面透镜具有结构尺寸小、厚度薄、便于加工等优点，可用于光学系统的微型化和集成化。

为解决石英非球面微透镜阵列加工所面临的工艺可控性差且面型精度不高这两大难点，提出了一种基于车削掩模刻蚀的石英玻璃元件制作方法。该方法主要使用了单点金刚石车削加工技术与反应离子刻蚀技术，研究了掩模材料车削及刻蚀性能，并利用实验优选出掩模材料，最后进行了面积为5 mm×5 mm石英玻璃非球面微透镜阵列的制备。通过实验结果与预期参数进行对比，分析表明，该方法制作的石英玻璃元件误差均方根为1.155 nm，面型精度误差0.47%。

提出了一种基于光纤耦合的光纤激光阵列像差探测方法，介绍了其结构和波前复原过程，采用数值仿真模拟其复原湍流像差的过程，并进行了7单元自适应光纤准直器(AFOC)阵列复原静态像差的实验。仿真结果表明，本文提出的波前传感方法能够有效复原出湍流畸变波前，且对于不同单元数的六边形排布阵列，存在不同的最优复原阶数。阵列填充因子的降低会增大复原残差，填充因子大于0.8可保证复原残差RMS相较于填充因子为1时的增幅不超过10%。实验结果表明，利用填充因子为0.875 的7 单元AFOC 阵列，复原以离焦为主的低阶像差时，初始畸变波前RMS 为0.433 μm，复原残差小于0.075 μm。仿真和实验结果验证了本文提出的基于光纤耦合的光纤激光阵列像差探测方法的有效性。该技术有望在激光阵列大气传输及湍流校正等系统中得到进一步应用。