常规成像系统的焦平面结构决定其具有极高的光学增益和有限的焦深范围，导致系统高成像质量与弱激光防护能力的矛盾性问题。波前编码成像技术具有大焦深特点和光场调控作用，通过像面离焦能够在保证成像质量的前提下有效提升系统的激光防护性能。研究波前编码成像系统成像质量和激光防护性能的权衡问题，分析系统激光防护性能的极限至关重要。以反正弦型相位掩膜板为例，分别建立离焦波前编码成像系统的成像模型和激光传输模型，研究系统的成像质量和激光防护性能随离焦参数的变化规律。通过解耦方式将系统的成像质量作为基本约束条件，引入定量评价指标得到系统允许的最大离焦参数为9.70λ（λ为波长），并在此基础上评估系统的极限激光防护性能。结果表明，在该条件下系统的最大单像素接收功率的降幅达到96.37%，回波探测器接收功率降至0.217‰，成像系统的抗激光损伤和反激光主动探测性能分别提升一个和三个数量级以上。

Three-dimensional (3D) cell cultures have contributed to a variety of biological research fields by filling the gap between monolayers and animal models. The modern optical sectioning microscopic methods make it possible to probe the complexity of 3D cell cultures but are limited by the inherent opaqueness. While tissue optical clearing methods have emerged as powerful tools for investigating whole-mount tissues in 3D, they often have limitations, such as being too harsh for fragile 3D cell cultures, requiring complex handling protocols, or inducing tissue deformation with shrinkage or expansion. To address this issue, we proposed a modified optical clearing method for 3D cell cultures, called MACS-W, which is simple, highly efficient, and morphology-preserving. In our evaluation of MACS-W, we found that it exhibits excellent clearing capability in just 10min, with minimal deformation, and helps drug evaluation on tumor spheroids. In summary, MACS-W is a fast, minimally-deformative and fluorescence compatible clearing method that has the potential to be widely used in the studies of 3D cell cultures.

Microwave-induced thermoacoustic imaging (MTI) has the advantages of high resolution, high contrast, non-ionization, and non-invasive. Recently, MTI was used in the field of breast cancer screening. In this paper, based on the finite element method (FEM) and COMSOL Multiphysics software, a three-dimensional breast cancer model suitable for exploring the MTI process is proposed to investigate the influence of Young’s modulus (YM) of breast cancer tissue on MTI. It is found that the process of electromagnetic heating and initial pressure generation of the entire breast tissue is earlier in time than the thermal expansion process. Besides, compared with normal breast tissue, tumor tissue has a greater temperature rise, displacement, and pressure rise. In particular, YM of the tumor is related to the speed of thermal expansion. In particular, the larger the YM of the tumor is, the higher the heating and contraction frequency is, and the greater the maximum pressure is. Different Young’s moduli correspond to different thermoacoustic signal spectra. In MTI, this study can be used to judge different degrees of breast cancer based on elastic imaging. In addition, this study is helpful in exploring the possibility of microwave-induced thermoacoustic elastic imaging (MTAE).

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律，明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施，在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上，利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主次顺序，重点分析主要和次主要参数对重建精度的影响规律，并揭示最佳成像参数随多聚焦图像采样间距的变化关系。考虑到成像参数的变化实际通过改变系统景深影响聚焦形貌恢复精度，建立了多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式，为系统成像参数的设定提供了理论依据。实验结果表明：焦距和F数是聚焦形貌恢复的主要和次主要影响参数，在给定多聚焦图像采样间距下存在使重建精度最高的最佳焦距和最佳F数，且随着采样间距减小，最佳焦距增大，最佳F数减小；多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式拟合准确率为97.28%，验证准确率为94.76%，可用于最佳景深的计算；采用最佳景深能够显著提升聚焦形貌恢复精度，为大深度物体聚焦形貌恢复精度的提升提供了新途径。

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力；全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，使系统形态更加紧凑、轻便，且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等，阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法，基于对全息光学元件的分类，总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用，讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。

远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段，但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足，设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统，该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明，系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示，部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当，并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助，使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。

数字病理技术利用经过数字化的病理样本显微图像及其特征，并配合人工智能技术，实现生物组织病变特征的定量评估和判定，辅助临床医生做出诊断结论。利用偏振光照明和偏振探测可以实现全偏振成像，图像每个像素的偏振特征都包含更加丰富的信息，特别是普通光学成像难以获得的亚细胞超分辨微观结构特征信息，可为病变组织的识别和定量评估提供更为有效的手段。本文总结了全偏振成像技术，并结合典型临床应用归纳总结了全偏振显微图像的数据分析方法和最新进展。

衍射场作为叠层衍射成像技术（ptychography）的重要约束，其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围（ML-HDR）叠层衍射成像方法，即在探测器线性响应假设下，构建复合高斯噪声模型，根据极大似然估计求解最优权重函数，由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明：相比单次曝光，ML-HDR能将动态范围拓宽8位，重构分辨率提升至2.83倍；相比传统HDR，ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度，且无需额外标定硬件参数。

超连续谱激光辐照可见光成像系统的干扰效应研究具有广泛的应用前景。针对超连续谱激光干扰效应，开展了不同辐亮度背景下超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验研究。采用白光光纤激光器产生超连续谱干扰源，搭建了超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验系统，得到不同辐亮度下探测器的干扰阈值数据，建立了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系模型，并对干扰阈值数据进行分析。结果表明，探测器饱和像元数与干扰激光功率密度近似呈线性对数关系，在低辐亮度背景下可见光成像系统更易受到干扰。实验结果对超连续谱激光干扰装备的设计、论证及作战使用具有一定的参考意义。