计算成像是集光学、计算科学、信息科学于一体的新兴交叉领域技术。该技术基于多维光场调控与解调的信息传输原理，利用前端光电成像系统与后端数据处理的“一体化设计”，解决光场信息维度与探测维度不匹配的问题，从而有效提升感知能力和探测性能，目前已成为光电成像领域的前沿方向。其中，散斑成像能够通过调控散斑场来实现强散射光成像，打破了光散射妨碍成像的传统观点；空域和时域压缩计算成像通过对光场信号的编码，能够突破半导体工艺、大量数据传递与处理对高分辨率、高速探测器的限制；压缩计算光谱成像结合光学调制、复用探测与计算重构，解决了传统光谱成像中系统复杂、数据采集效率低和分辨率受限的问题。详细介绍这3类计算成像模式的原理方法和最新研究进展，分析当前尚存的问题，并对这类技术的未来发展方向进行了展望。

为了研究高斯粗糙表面偏振特性, 基于微面元理论, 综合考虑微面元的漫反射和镜面反射, 建立偏振双向反射分布函数模型。对由偏振双向反射分布函数得到的穆勒矩阵进行分解、变换等处理, 推导出表征粗糙表面二向色性、相位延迟和退偏的3个子矩阵及其对应的偏振特性表达式。针对典型的粗糙目标, 对偏振特性进行理论计算。分析入射角、方位角, 以及粗糙度对粗糙表面偏振特性的影响。结果表明：粗糙表面二向色性在入射角变化范围内有极大值, 且随方位角的增大而增大；相位延迟随入射角的增大而减小, 且在方位角变化范围内有极大值；退偏能力在入射角范围内有极小值, 且随方位角的增大而减小；粗糙度对除退偏能力以外的偏振特性影响较小。

基于红外成像系统作用距离估算最小可分辨温差（MRTD）方法建立了红外偏振成像系统作用距离模型, 分析了背景杂波影响下红外偏振成像系统作用距离。通过仿真发现, 红外偏振成像系统作用距离是由目标/背景红外偏振特性、大气传输过程和观察方式等众多因素共同决定的, 背景杂乱程度大幅影响红外偏振成像系统作用距离, 偏振成像模式与强度成像模式依据应用条件的不同具有不同的优势。

为了对偏振热成像系统进行定标, 设计了反射式红外可控部分偏振辐射源, 从理论计算和实验测量两方面进行对比论证.首先, 推导了铝反射镜的穆勒矩阵, 提出了辐射源出射辐射偏振态的理论计算方法, 结果表明, 能够产生线偏振度小于0.80、圆偏振度小于0.60的长波红外部分偏振辐射.然后, 基于铝反射镜搭建了部分偏振辐射源, 并用线偏振热成像系统对出射辐射的偏振态进行测量, 结果表明该辐射源可以产生线偏振度在0.25～0.85之间的长波红外部分偏振辐射, 当铝反射镜入射角低于80°时, 线偏振度测量值的相对标准偏差低于6%.

红外成像可以获得目标的强度信息, 偏振成像可以获得目标的偏振信息, 二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象, 并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明, 相对于传统的长波红外成像, 长波红外偏振成像具有以下优势: 长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度, 有利于目标的探测识别; 长波红外偏振角图像可以突出目标细节, 有利于观察者对场景内容的理解; 长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰, 有利于杂波情形下的目标成像研究。