高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制，基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来，随着成像新技术的发展，超高速和极高速光学成像的性能已得到显著提升，具备更高的时间分辨率、空间分辨率及更大的序列深度等。介绍高速成像技术的发展历程，根据成像方式，将近年来具有代表性的新型超高速和极高速光学成像技术分为直接成像和编码计算成像两个类别。分别介绍和讨论各种新型超高速和极高速光学成像技术的概念和原理，并比较各自的优缺点。最后，对这一领域的发展趋势和前景进行展望。本文旨在帮助研究者系统了解超高速和极高速光学成像技术的基本知识、最新研究发展趋势和潜在应用，为该领域科学研究提供参考。

具有极高营养价值且被誉为东方“橄榄油”的油茶树是我国南方地区重要经济林， 我国是世界上油茶树分布最广的国家。 提取油茶种植分布和面积对林业部门开展油茶的宏观管理和生产指导具有重要意义。 以地处亚热带地物复杂且多山地丘陵的湖南省常宁市为研究区， 该区域分布有大量农田和森林， 且部分植被季节变化较大， 对油茶的遥感提取带来了很大挑战。 提出了基于春夏秋三期的GF-2号高分辨率卫星影像， 综合植被指数、 纹理特征、 PCA主成分3种特征， 以及春夏、 春秋、 夏秋、 春夏秋四种不同时序组合和随机森林（RF）算法共构建了17种分类场景（S1—S17）， 运用随机森林（RF）、 支持向量机（SVM）、 最大似然（MLC）三种不同分类算法开展油茶遥感提取实验， 筛选出最优特征组合、 最佳分类季节与最优时序组合、 最优分类方法。 结果表明: 仅基于光谱信息分类精度低， 纹理特征的加入可大幅提升精度， 而PCA对于精度的提升效果微弱; 通过比较不同季节单时期的分类结果发现油茶提取精度最高的季节为夏季， 夏季单时期影像在最优特征组合(S8)中油茶生产者精度（PA）为94.06%， 油茶用户精度（UA）为92.57%; 在分类场景S10—S17中实验发现， 采用时序信息要比单时期影像有明显的精度提升， 时序组合分类精度由高到低依次为: 春夏秋、 春夏、 春秋、 夏秋; 综合光谱、 纹理、 时序信息通过随机森林（RF）、 支持向量机（SVM）、 最大似然（MLC）进行油茶提取， 随机森林算法分类精度总体表现最好。 采用春夏秋多时相遥感植被指数、 纹理、 PCA的随机森林方法(S17)是分类精度最高的方案， 总体精度（OA）和Kappa系数分别为96.85%和0.961 0， 油茶生产者精度（PA）为98.31%， 油茶用户精度（UA）为94.33%; 采用春夏时相遥感植被指数、 纹理的随机森林方法（S10）为兼顾计算效率与精度的最优方案， 总体精度（OA）和Kappa系数分别为95.62%和0.9458， 油茶生产者精度（PA）为96.93%， 油茶用户精度（UA）为95.09%。 所提出的最佳油茶遥感提取方案能够为亚热带地区油茶及其他经济林的遥感监测提供参考。

在太极计划中，三颗卫星将构成边长为300 万km的三角形星座。为完成卫星间的信息交互，需要在星间干涉链路中加入激光通信。笔者从太极计划星间通信的需求出发，基于目前的相位计系统，提出了太极计划星间激光通信方案及系统参数的设计。为验证所设计参数的合理性以及通信系统的性能，基于自研板卡，搭建了电子学模拟系统及光学验证系统。在发送端将通信码与伪随机码以直接序列扩频的方式调制至激光相位，通过激光链路将信息发送至接收端，并采用锁相环及延迟环对其进行解析，完成通信功能。测试结果表明，所设计的通信系统参数较为合理，能够与相位计系统有效融合，在通信速率为19.5 kb/s的条件下，通信系统的误码率优于10^-6，可为太极计划的相关参数设计提供参考。

针对当前准循环低密度奇偶校验(Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check, QC-LDPC)码存在短环及纠错性能不够好的问题，基于原模图提出一种新颖的QC-LDPC码构造方法。该方法选择码长码率可灵活调整的原模图作为基矩阵，再结合具有特殊性质的卢卡斯数列和等差数列，通过原模图的低译码门限和数列的特殊性质，构造校验矩阵环长至少为8，且所需存储空间少，易于硬件实现。仿真结果表明: 该方法构造的PLA-QC-LDPC(2400,1200)码与同等码长码率中基于卢卡斯数列和最大公约数序列的可快速编码的非规则LG-QC-LDPC码、基于素数和乘法表构造的PM-QC-LDPC码以及基于原模图和消除基本陷阱集的非规则PL-QC-LDPC码相比，净编码增益均有一定程度的提高。

单光子雪崩二极管（SPAD）阵列探测器常被用作空间远距离目标的测距和三维成像。为快速获取光子数据，SPAD阵列探测系统一般选用高重复频率的探测体制。目前，主要采用随机序列对脉冲进行编码的方法来抑制高重复频率引起的距离模糊效应。为了在接收端对阵列像素实现有效区分，而且各周期内的编码波形不相互串扰，需要数量庞大且可保持相互正交的随机编码序列。本文提出了使用混沌序列对SPAD阵列进行编码的思路，并通过分析Lyapunov指数的值域变化，提出了复合型Logistic序列的优化编码方案。为确保阵元间的互扰不会影响最终的探测效果，提出了峰值旁瓣差（PSLD）的概念，并对阵列间互相关积累的影响进行了定量分析。依据峰值旁瓣差对生成的混沌序列进行了筛选，以保证其能够满足所需阵列规模的抗互扰要求。最后给出了具体的编码流程。

针对船舶轨迹的历史轨迹相似性低、预测精度不高等问题, 基于序列到序列(Seq2Seq)模型提出一种轨迹预测算法——vSeq2Seq。首先, 用一阶差分法处理AIS数据, 降低时间依赖性, 减弱通信延迟产生的干扰, 突出船只运动规律; 然后, 采用滑窗法处理数据, 构建模型数据集, 通过Seq2Seq模型进行可变步长的轨迹预测。实验结果证明, vSeq2Seq算法能够从船只轨迹中提取出轨迹变化特征, 针对船只不同运动状态改变预测步长、灵活地进行预测, 对比传统LSTM模型和GRU模型, 预测精度有显著提升。

分析远志不同生长年份特征化学成分的药效物质累积规律。 采用傅里叶变换红外光谱法对山西汾阳、 新绛12批不同生长年份的远志药材进行红外光谱扫描分析, 建立远志的红外指纹图谱, 并进行共有峰率和变异峰率双指标序列分析。 远志药材特征吸收峰在3 130, 2 920, 1 650, 1 540, 1 400, 1 260和1 050 cm-1存在明显的共有峰, 醇提物特征吸收峰位于3 150~3 000, 2 950~2 920, 2 850, 1 740~1 710, 1 670~1 630, 1 540~1 520, 1 450~1 400, 1 100~1 050, 990和530 cm-1范围内； 远志吸收峰数目随年限增长呈增加趋势, 同一年份远志药材在3 380, 1 315, 1 060和990 cm-1附近, 醇提物在3 360和1 315 cm-1附近吸收峰的数目、 形状和强度存在差异, 秋采远志在此范围内无特征吸收。 药效物质累积量: 汾阳产远志、 新绛产远志在春季采收药效物质累积量较大； 远志有效成分: 前者细叶远志皂苷、 3,6’-二芥子酰基蔗糖、 远志口山酮Ⅲ药效物质累积量随远志生长年限的增长累积增加； 后者3,6’-二芥子酰基蔗糖的累积量呈先上升后下降的趋势, 远志口山酮Ⅲ和部分皂苷类物质随生长年限的延长呈下降趋势。 远志药材共有峰率在66.7%~100%, 变异峰率在0~63.6%, 醇提物共有峰率在66.7%~94.7%, 变异峰率在0~30.0%； 同一年限远志样品共有峰率较高, 春采之间、 秋采之间共有峰率较高； 同一产地远志共有峰率较高, 药效物质累积量随年限增长较为相似, 无明显差异； 其中变异峰率最高的药材序列是(春采)S-2-3: S-2-5(秋采)为63.6%, 二者为不同年限不同季节采收, 药效物质累积量相差较大。 基于红外光谱法和二阶导数结合双指标序列分析法可以分析探究远志不同生长年份有效化学成分的特征峰变化规律和药效物质累积规律, 为远志的种植采收时间、 质量控制和评价提供参考。

光正交频分复用（O-OFDM）技术被广泛应用于可见光通信系统（VLC）中以提高数据传输速率，但是O-OFDM系统存在峰值平均功率比（PAPR）高的问题，限制了其系统性能。本文首先针对传统的非对称限幅光正交频分复用（ACO-OFDM）系统频谱效率低下以及计算复杂度高的问题，使用无厄米特对称的单极性光正交频分复用（UO-OFDM）系统。其次在UO-OFDM系统上使用传统的部分传输序列（PTS）技术来降低其PAPR，同时针对传统的PTS技术计算复杂度高以及搜索最佳相位旋转因子效率低的问题，提出使用遗传算法（GA）来优化PTS技术。仿真结果表明：GA-PTS相比于传统的PTS技术，在PAPR抑制性能差别不大的情况下极大地减少了搜索最佳相位旋转因子所需的时间；同时与基于GA-PTS算法的ACO-OFDM系统所用的时间相比，基于GA-PTS算法的UO-OFDM系统所用的时间有所减少，且随着最大遗传代数的增加，减少的时间更加明显。