多屏拼接可以实现不同幅面的集成成像光场三维（3D）显示，但是3D片源生成过程十分复杂。为此，提出一个3D片源渲染平台，该平台可为多屏拼接的集成成像光场3D显示提供片源，使得再现的3D图像正确且无错位。在3D片源渲染过程中，首先计算出微图像阵列的分辨率等参数，利用开放式图形库（OpenGL）渲染出初始微图像阵列；然后，对初始微图像阵列进行拆分、投影变换及重拼接，得到用于拼接集成成像光场3D显示的微图像阵列；将3D片源渲染程序使用应用程序开发框架（Qt）封装为可视化3D片源渲染平台，该平台支持.obj和.fbx等格式的3D模型输入以及16K及以上分辨率的微图像阵列输出。实验结果表明，将3D片源渲染平台生成的微图像阵列用于双8K屏拼接的集成成像光场3D显示器上，可显示正确的3D图像。该3D片源渲染平台可满足多屏拼接的集成成像光场3D显示内容生成需求，有望在展览展示等领域得到应用。

针对导弹口径微小化的需求，为解决微小型导引头无法全方位扫描的问题，提出一种微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化结构。该光机结构把经典滚仰式导引头两根独立俯仰轴与光机结构本体设计成一体，通过红外探测器固定连接的方式让整体结构更加紧凑并兼具焦距微调功能，在保证成像质量的同时大大减小了光机结构的体积。将建模后的光机结构进行有限元热力耦合分析，在导引头温度、位置和角度等 8组极限工作情况下，得到结构件和镜片的热变形。分析结果表明，提出的光机结构满足微小型(80 mm)、抗冲击(10g)和高低温(－40℃～60℃)工作要求，可以预测实际使用时的工作情况，对设计具有重要的指导意义。

为满足我国深海成像设备需求, 针对水下光学像差特点完成了全海深大视场光学成像系统设计。根据深海系统使用环境, 对光学参数与结构形式进行了分析与探讨; 采用常用玻璃及球面透镜设计, 完成了小型化低成本高性能的光学设计实例; 通过控制光线角度来提高光学系统能量利用率。选用YAG透明陶瓷为抗压窗口材料, 通过有限元力学分析仿真获得形变与抗压阈值。通过ANSYS软件分析窗口与支撑结构, 设计满足全海深11 000 m使用环境(120 MPa)要求。光学系统的工作波段为410~630 nm,视场角达80°, 相对孔径为1/2.8, 全视场MTF>0.3(@91 lp/mm)。该系统成像质量及光学窗口抗压性均满足深海成像科考需求。

传统虚拟视点生成采用像素填充法对生成的虚拟视点图像进行空洞填充和伪影修复, 其修复效果无法满足自由立体显示需求。为了获取高质量的虚拟视点图像, 提出了一种基于深度卷积神经网络的虚拟视点生成方法。该方法采用随机初始化的深度卷积神经网络作为图像先验, 经过卷积神经网络结构的不断迭代, 对虚拟视点图像的空洞和伪影进行修复, 并将得到的高质量虚拟视点图像合成为自由立体图像, 用于自由立体显示。修复后的虚拟视点图像的PSNR均值为25.6, 相比传统像素填充方法有明显提升。实验结果表明, 所提方法能够实现高质量的自由立体显示效果。

提出了广义拉格朗日乘子(GLM)算法、内点法和修正序列二次规划算法三种优化算法。采用像差分布合理的正-负-正-负-正镜头结构,设定合理的普适性参数,利用所提的三种方法计算获得了变焦范围为30~100 mm、恒定F数为2.8、视场角为24.421°~71.608°的全画幅变焦镜头的高斯结构,并分析对比了三种优化算法。利用实际镜组替换由GLM算法获取的高斯结构,采用全球面设计,获得了满足成像要求的全画幅变焦镜头的优化设计,三条变焦和补偿曲线均具有良好的线性度,系统调制传递函数在50 lp/mm处的平均值均大于0.1,该全球面设计为后期基于非球面优化设计提供了良好的初始结构。

提出了一种基于双目立体相机的实时集成成像拍摄系统。不同于采用传统的摄像机阵列, 该系统采用双目相机对三维场景进行拍摄, 有效地简化了集成成像拍摄系统的结构。该系统首先利用双目相机获取三维场景的左右视差图, 然后上传到图形处理器生成三维场景的高分辨率深度图, 之后利用深度图和彩色纹理图在图形处理器中并行生成新视点视差图像, 并利用像素映射算法生成高分辨率微图像阵列, 实现实时的集成成像显示。实验中系统获取的深度图像素数目是微软Kinect2获取深度图像素数目的4.25倍, 当系统运行在1 920 pixel×1 080 pixel、9×9视点数的环境下, 可实现三维场景的实时拍摄与显示, 实验结果证明了所提系统的可行性。

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰，研究了探测器分割噪声的来源，并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模，实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像，计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量，验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板，利用数值拟合方法，得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下，可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.

采用重复频率100 kHz下，输出功率为3.7 W的532 nm Nd:YAG皮秒激光器对石英衬底微米量级的铝膜进行了烧蚀，研究了脉宽为10 ps的激光单脉冲能量密度对烧蚀效率、光斑耦合率对烧蚀图形以及重复加工次数对加工精度的影响。单脉冲激光烧蚀实验证实，皮秒激光烧蚀铝膜可分为高能量密度烧蚀与低能量密度烧蚀两个区域。光斑耦合率对烧蚀深度影响较大，不易从理论角度控制烧蚀效率。为提高加工精度与验证求解烧蚀率的准确性，提出重复多次加工的方法。对比了高斯线性法与高斯线性修正法的求解烧蚀率的结果，证明了高斯线性修正法在扫描激光精细加工方面的优越性。利用高斯线性修正法求得的烧蚀效率，模拟了激光在不同光斑耦合率下烧蚀微槽的三维轮廓图。