在浑浊介质中进行光学成像时，由于受介质吸收与散射影响，目标信号被淹没在背景噪声中，导致图像的清晰度严重下降。利用光的偏振信息可显著提升浑浊介质中目标的探测能力，其中偏振差分作为代表性偏振成像技术，充分挖掘介质光与场景光的偏振特性差异对背向散射噪声实现偏振共模抑制。由于其系统结构简单、可移植性好、适用领域广泛、凸显边缘等优势备受关注。该技术不仅可以作为物理光学成像方法对水下浑浊环境、生物组织、大气雾霾散射环境中目标进行高对比度成像，还可作为光学传感器件抑制杂散光的有效手段，从提出至今已积累了大量优秀的研究成果，从偏振差分成像技术的基本原理出发，根据成像应用场景的不同从两方面介绍了该技术一系列最新的研究进展，并对偏振差分成像未来可能的发展方向进行了展望，期望为该领域的后续研究提供指引。

针对现有的微光视距模型中变量参数多，难以适用实际复杂夜天环境中目标侦察能力预测的问题，本文根据 Ross方程，大气光学传输和远距离侦察图像对比度模型，提出了采用标准靶对比度测试对特定目标侦察能力进行预测的方法，在特定夜天光环境下完成了标准靶对比度曲线测量，并基于最小可分辨对比度(minimum resolvable contrast, MRC)评价模型，对坦克、卡车目标的侦察距离进行了预测，与实际测试值对比，误差在 16.2%以内，验证了采用标准靶对比度测试预测目标侦察距离的可行性，该项研究成果对不同背景和环境下微光装备侦察能力分析和评价具有指导价值。

生命科学的发展一直伴随着显微技术的创新。基于超快光学的单分子相干调制显微成像技术在量子力学的理论基础上, 通过结合超快光学和显微技术使观测生物的微观量子现象成为可能。这篇综述首先介绍了该技术利用飞秒激光脉冲对实现了单分子量子相干态的操控, 并通过调制解调技术获得单分子周围相干信息的基本原理。然后分别介绍了其在生物方面的两个应用: (1)通过降低生物自荧光和背景噪声,实现了生物成像对比度两个数量级的提高; (2)通过提取相干可视度V获得了单分子周围微观的量子信息, 为生物体微环境的观察提供了有效手段。最后文章对基于单分子相干调制显微成像在癌症研究方面做了展望, 该方法将为癌症的早期诊断和预后评估提供新的途径。

核磁共振(NMR)技术可提供原位、 实时、 高分辨的分子结构和生物组织信息, 虽然已广泛用于复杂分子结构表征和生物成像, 但低灵敏度限制了其进一步应用。 通过将外源性超极化状态核自旋转移至待测分子的原子核, 实现目标分子的超极化从而提高待测物中原子核特定自旋态的布居数差, 可有效提高NMR灵敏度。 然而, 目前主流超极化方法共同的缺点是仪器昂贵、 操作复杂。 仲氢诱导增强的超极化是一种低成本、 操作简单且高效的技术, 可将NMR灵敏度提高三个数量级以上, 正逐渐成为NMR领域的前沿热点。 介绍仲氢诱导增强超极化的基本原理、 实验方法以及在NMR谱学和成像方面的应用。 仲氢的两个氢原子核自旋方向相反, 通过降温和催化剂作用可实现高纯度富集。 富集后的仲氢通过两种方法将其超极化状态转移至底物分子。 第一种方法是在催化剂作用下将仲氢分子加成到底物分子的不饱和基团上, 直接采集氢的NMR信号, 或通过极化转移方法(脉冲序列或磁场循环)将其超极化状态转移至邻近的异核原子核(如13C, 15N, 19F等)。 第二种方法是仲氢与底物分子在金属配合物进行可逆交换反应, 实现底物分子中杂核原子的超极化。 选择合适的催化剂对灵敏度提升至关重要, 对常用催化剂的类型和结构进行了总结; 极化转移方法对异核灵敏度的提升至关重要, 并归纳了此技术中常用的极化转移方法。 仲氢诱导超极化增强技术对NMR灵敏度的显著提升使得该技术在应用方面已崭露头角。 首先, 仲氢诱导超极化增强技术将NMR谱所需浓度降低到μmol·L-1级别, 可用于表征催化反应中间体结构及监测混合物中低浓度化学物质。 其次, 基于异核的超极化底物分子是良好的NMR生物成像造影剂。 虽然仲氢超极化增强技术具有广泛的应用前景, 然而理性设计并合成超极化率高、 寿命长、 水溶性好的NMR造影剂仍是亟待解决的关键问题。

数字微镜器件(DMD)的灵活性有助于实现并行共焦成像。设计并搭建了基于DMD的并行共焦成像系统,分析了DMD光点阵列对轴向分辨率、横向分辨率和图像对比度的影响,得出了最优光点阵列参数。结果表明:光点越小,则横向和轴向分辨率越高;当光点间距大于光点大小时,增大光点间距对成像的横向分辨率无明显改善;对于1×1微镜,光点间距为光点大小的4倍时对应的图像对比度最高,即1×1光点大小、4倍光点间距为最优光点阵列。对数值孔径为0.25的物镜而言,最优光点阵列对应的横向分辨率优于512 lp/mm,轴向分辨率可达7.82 μm,均达到衍射极限。基于最优光点阵列的三维体光栅成像比宽场成像具有更高的分辨率和明显的层切效果,与激光扫描共焦成像相比无较大差距。基于DMD的并行共焦成像系统在保证高速成像的前提下,实现了高分辨率和高图像对比度的光学层切成像,在实时成像和三维成像中有一定的优势和应用前景。

研究了THz辐射和THz焦平面器件的特性, 分析了THz焦平面探测器连续波透射成像系统的能量传输过程。考虑大气衰减、器件限制等影响因素以及连续激光照射、目标场景与焦平面探测器之间的信号传递关系, 推导出了连续波透射成像系统的成像面积及对比度两个重要的参量模型。然后设计并组建了连续波THz透射成像系统。根据所建模型分别对信封中的环三亚甲基三硝铵(RDX)粉末和塑料盒中的金属刀片两种不同被测物体的成像面积及对比度进行了计算。结果表明: 基于理论推导的两种实例其最大成像面积可达4.74 cm×6.32 cm和3.534 cm×4.712 cm, 图像对比度分别为0.242 2和0.306。与美国麻省理工学院(MIT)的成像系统进行了对比, 该系统的成像面积为3 cm×3 cm或4 cm×4 cm, 与本文推导结果处于同一数量级, 由此验证了本文提出的模型和方法的合理性和有效性。

以强光源作用微光电视成像机理为基础, 借助端到端成像建模思想, 综合考虑强光源作用目标表面辐射特性及系统自动亮度控制特性, 建立了不同位置强光作用后系统成像特征量化模型.以模型为基础, 利用三维场景仿真平台实时计算强光源作用后地物成像灰度, 实现了不同位置微光系统成像数字仿真.结合外场实验数据, 通过对比实验结果与仿真结果中目标和背景灰度及目标成像对比度, 对仿真模型进行了验证, 结果表明：该模型与外场实验数据有较好的一致性, 模型可靠性较高.最后探讨了强光作用后不同干扰因素对系统成像质量的影响, 当强光源位于系统视场外时, 其对目标表面辐射特性的作用是影响系统输出图像质量的主要因素;当强光源位于系统视场内时, 其对系统增益的作用则成为主要因素.

光子筛是一种新型的纳米成像元件，具有高分辨、质量轻、体积小及易复制的优点，对于成像系统轻量化以及极短波谱区成像具有重要意义。根据解决的具体问题对国内外光子筛研究成果进行分类，从成像对比度的增加、衍射效率的提高、宽光谱成像和高数值孔径光子筛设计等方面详细介绍了光子筛的发展现状，并针对这四方面研究内容分析了目前尚需解决的技术问题。这些问题仍然是今后光子筛研究的主要方向。指出光子筛实用化面临的其他客观存在的问题，并展望了光子筛在天文望远镜、显微镜和光刻等领域的应用前景。