针对被测样品的组成物质已知且彼此不混合的情况，提出了一种结合能谱信息的单能谱计算机断层扫描（CT）图像重建方法。该方法利用已知物质作为基材料对CT投影数据的采集过程进行数学建模，然后对该非线性模型进行基材料图像的迭代求解。在求解中，通过将基材料“不混合”的性质转化为向量正交性，实现了迭代过程的快速收敛。本文方法充分考虑了X射线的能谱和被测样品材料的属性，可显著地校正传统CT图像中的硬化伪影和金属伪影，有效地提高该类样品的CT成像质量。实验验证了所提方法的有效性。

通过测量矩阵获取Gram矩阵，梳理了Gram矩阵与系统点扩散函数的关系，进而基于点扩散函数提出最强旁瓣峰值大小、叠加旁瓣峰值大小、空间距离和频谱余弦相似度4个特征参量。在此基础上，构建了一种单像素压缩成像高质量图像重建的特征函数，建立了可重建的目标稀疏度与特征函数的关系，并通过数值模拟和实验验证了所提特征函数的有效性，该工作对于单像素成像系统测量矩阵的优化设计具有重要借鉴意义。

提出了一款工作在Ne VII 46.52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪，该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件，其中单个光栅仅工作于一个级次，这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端，显著提升了系统校正离轴光栅像差的能力，结合光谱数据反演算法可以实现24′×24′视场下的高空间（1.547″）和高光谱分辨率（0.0078 nm）观测。

分析了一维多孔径阵列的成像特性，选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列，以最大化频域覆盖为设计标准，设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构，以提高中频调制传递函数（IFMTF）和系统成像质量。当填充因子为28.51%时，旋转合成得到的九孔径阵列的IFMTF值（0.1223）大于Golay-9阵列的0.0782。仿真和实验结果的定量和定性评价均证明了所提方法的有效性。

介绍各种非线性光学显微成像的基本原理，并阐述非线性光学成像的多模态耦合所面临的技术挑战与解决方案。从成像速度、空间分辨率以及信噪比三个方面介绍了多模态非线性光学成像的研究进展，并扩展了多模态非线性光学内窥镜和图像分析方法。最后展望了多模态非线性光学成像的发展趋势和所面临的挑战，以期给相关领域研究人员提供参考。

提出一种成像前评价关联成像系统性能的方法，基于通信系统信道评价方法对观测矩阵进行分析，计算成像系统的信道容量，以信道容量来评价系统性能。对100幅成像场景、20种不同类型的观测矩阵以及2种重建算法进行成像仿真，并与成像重建后的图像质量评测效果进行对比分析。结果表明：本文在成像前对系统性能的评价结果与成像后的验证结果具有较好的一致性，当采样比例相同时，重构图像的均方差和信道容量对矩阵元素分布类型具有相同的依赖关系；当矩阵元素分布类型相同时，归一化信道容量和归一化反转均方差随采样次数变化的曲线具有很高的拟合程度，其拟合系数R²值普遍大于0.8。本文方法具有很强的适用性，其效果不随图像尺寸的变化而变化，能够广泛应用于常见的遥感场景。

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法，通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体，从而降低前端光学系统的成像质量要求，并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计，且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。

为实现无标记样本的定量检测，借助NX12.0搭配相关器件自主设计了一款小型化相位显微镜。相较于市面上售价高昂的相位显微镜，所设计显微镜无需相干器件，且在满足系统分辨率的前提下，将体积缩小了约60%，大幅提高了便携性，同时成本仅需5000元左右。系统中还嵌入了自动对焦算法和基于变换域的视场校正算法，以加快检测速度和相位恢复的准确率。经测试，系统在10倍物镜下的分辨率达到了分辨率板极限2.19 μm，同时随机相位板的检测表明相位恢复的准确率也达到了基本需求。除此之外，还对活细胞结构和平面玻璃的缺陷进行了测试。结果表明，所提系统不仅能对活细胞进行较好的定量测量，还可以在透明/半透明平面缺陷的检测中发挥重要作用，更是证明了这种成本低、便携性高、可实现无标记样本定量的系统设计方案的可行性。

提出一种基于离散W变换的差分调制计算鬼成像方法。使用正负两组离散W变换基图案对光源进行差分调制，根据桶探测器测量的光强值获取目标对象的频谱，通过矩阵形式的逆离散W变换重构目标图像。仿真和实验结果表明，该方法可以从压缩测量中获得图像，通过差分测量可以消除背景噪声，获得良好的图像质量，并且可以通过逆变换实现快速重建。与其他方法相比，该方法在成像质量上更具优势。

为了消除投影仪的伽马效应，近年来二值条纹投影轮廓术得到快速发展。如何确定合适的离焦量是二值条纹离焦投影三维测量的关键问题。离焦不足时，条纹会包含高阶谐波；离焦过度的话，条纹对比度降低，相位分辨率降低，同时噪声的影响相对变大。离焦不足或离焦过度都会影响相位测量精度。为了解决这一问题，基于数字相关法提出一种最优离焦量的确定方法。该方法利用条纹与其二阶微分的相关性来确定最佳离焦量，以获得准正弦条纹。在欠离焦和过离焦情况下，相关系数均较小，只有当条纹为准正弦条纹时，相关系数取得极大值。对该方法进行了数值模拟和实验验证。实验结果表明，所提方法具有速度快、准确性高的优点，可在二值条纹投影过程中实时跟踪相关系数并确定最佳离焦量。