全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中，光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大，同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。文章基于像差理论，讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法，将Q型（Q-Type多项式）非球面引入全景头部单元增加优化变量，用偏离因子因子${k_{{\text{RMS}}}}$数值表征非球面加工难度，设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。该系统在奈奎斯特频率（20线对/mm）处调制传递函数优于0.5；全视场像元（25 μm×25 μm区域内）能量集中度优于65%，像质评价结果表明其成像品质良好。该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进，满足超大视场实时成像的应用需求。

沉浸式的虚拟现实体验中视觉诱发晕动症（Visually Induced Motion Sickness， VIMS）是影响虚拟现实系统发展与应用的一个重要问题。现有的基于视觉内容的评价方案大多考虑的要素不够全面，对运动信息的提取较为简单，且少有考虑时域上的突变对晕动症的影响。针对上述问题，提出了虚拟现实中视觉诱发晕动症时空多特征评价模型；基于立体全景视频中空域、时域信息来设计视觉诱发晕动症评价模型，采用更符合人眼感知的加权运动特征，并考虑了立体全景视频时域的突变信息设计了特征提取方式。所提出模型分为预处理模块、特征提取模块及时域聚合与回归模块。预处理模块用于视口提取和光流图、视差图、显著图的估计。特征提取模块包含前背景加权运动特征提取、基于变换域的视差特征提取、空间特征提取及时域突变特征提取。时域聚合后通过支持向量回归得到VIMS评价分数。实验结果表明，该模型在立体全景视频数据库SPVCD上的预测结果与平均主观意见分的皮尔逊线性相关系数为0.821、斯皮尔曼相关系数为0.790、均方根误差为0.489。该模型取得了优良的预测性能，验证了所提出特征提取模块的有效性。

在利用相机对物体进行感知的过程中，标定相机与外界参考系之间的位姿是测量中至关重要的一环，能否精准确定二者之间的外参决定着最终三维信息质量的好坏。然而在传统的测量系统当中，测量物体尺寸受限于针孔相机视场的大小。相比较而言，全方位相机具有视场广、成像质量高等优点，常配合旋转系统进行全景图像生成，也可配合激光雷达点云生成场景全景模型，为目前大场景测量的主流方向。就目前存在于相机与旋转系统之间外参标定的复杂问题，文中提出了一种针对全方位相机与旋转轴之间的标定方法。该方法通过使用全方位相机，对两个二维码棋盘格进行旋转拍摄，同时通过理论推导建立起可靠的数学模型作为原理支撑，并利用光束法平差，对基于解析法获得的初步结果进行再次优化，从而获得更精确的外参估计。该方法对设备安装精度要求不高，只需在相机视场范围内，考虑标定板与全方位相机之间的摆放位置即可。实验结果表明，该方法经过优化后的平均重投影误差可控制在0.15 pixel以下，满足实验测量要求，并在不同场景下展现了良好的应用效果。

为了获得大视场管道内壁全景成像，利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段，视场大小为（65°~115°）×360°，焦距为1.24 mm，F数为3.5，总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成，其中反射镜单元采用Q-con非球面面型，其余透镜均为球面。在尼奎斯特频率93 lp/mm处调制传递函数大于0.4，成像质量接近衍射极限。为验证Q-con面型相对于偶次非球面面型在折反射式光学系统设计中的优势，实际设计了一款与Q-con非球面折反射式全景系统具有相同参数的偶次非球面折反射式全景系统，对两者进行了分析比较。结果表明，相对于偶次非球面，Q-con非球面多项式系数比对应的偶次非球面的多5~17个数量级，不仅有效的提高了系统设计效率、加工与检测精度、减小成本，同时也可以实现像质更高、口径更小的设计结果。

全景内窥成像技术可有效减小体内器官的观察盲区，具有缩短手术时间、降低术中出血风险、改善手术预后、缩短术后恢复时间等多种优点，在微创手术和术前检查中有重要应用价值，是近年来的研究热点。本文从原理和产品应用两个方面对全景内窥成像技术进行了梳理。首先，综述了基于二维和三维成像的各种全景内窥成像技术，阐述了它们各自的实现方式，并分析了其关键指标和性能。其次，对比分析了由全景内窥成像技术衍生出来的胶囊内窥镜、全景结直肠镜等多种不同类型的产品，并展望了全景内窥成像技术的发展趋势和应用前景。

设计了一款能实现全天候清晰成像的全景监控摄像光学系统。采用全景环带结构形式，该结构分为摄像头部单元和中继透镜单元两部分，摄像头部单元完成全视场目标搜索，中继透镜单元将头部单元所成的中间虚像进行二次成像会聚到探测器上。设计时采用多重结构优化方式，实现可见光及近红外双波段成像。该光学系统视场为360°×（40°~100°），焦距为?2.75 mm，F数为3.28。设计结果表明：系统的MTF（modulation transfer function）值在全视场处接近衍射极限，各个视场的弥散斑半径均小于所选CCD像元尺寸，畸变小于2 %，且日夜离焦量小于0.002 mm，该设计结果可满足全天候全景监控需求。

数字病理凭借其便捷的存储、管理、浏览、传输等特点，为远程病理会诊及联合会诊带来了新契机。然而，显微镜的视场有限，在保证分辨率的前提下，无法兼顾全景成像。全景数字病理的提出弥补了这一缺陷，其在保证分辨率的同时可兼顾全景成像。但单张切片仅能实现单靶点检测，而疾病诊断需同时观测多个靶点的表达情况。近年来，多靶点全景数字病理技术发展迅速，因其在药物研发、临床科研以及基础科研等领域有巨大的应用潜力而广受关注。该系统凭借视场大、颜色多、通量高的特点，可在短时间内原位检测整张组织切片上的多种生物标记物的表达情况，借以识别组织上每个细胞表型、丰度、状态及其相互关系。本文首先梳理了数字病理、全景数字病理以及多靶点全景数字病理的发展过程，并简要介绍发展过程中技术的更新迭代，以及发展多靶点全景数字病理的重要性。然后，分别从生物样本准备、多色光学成像以及图像处理3个部分重点介绍多靶点全景数字病理。接下来，阐述了多靶点全景数字病理在肿瘤微环境与肿瘤分子分型等生物医学领域的应用情况。最后，对多靶点全景数字病理的技术优势、目前面临的挑战及其未来的发展趋势进行了总结。