设计了一款采用波前编码技术的虹膜采集光学系统，以实现大景深、自然非约束状态下的成像.以传统的光学系统评价指标斯特利尔比和能量集中度作为波前编码系统的成像特征，利用ZEMAX软件对波前编码系统进行设计，权衡了离焦不敏感性和图像可恢复性.比较了带有立方相位编码板和带有修正项的立方相位编码板的虹膜采集系统以及传统系统的焦深延拓效果.发现采用立方相位编码板的虹膜采集光学系统的焦深延拓效果最佳，其焦深是传统系统的8倍.该系统增大了虹膜采集的距离，对于自然状态虹膜成像系统设计有一定的参考价值.

针对数字全息中不同再现距离获得的携带不同聚焦信息的再现像, 提出了一种基于数学形态学的多聚焦再现像融合方法, 以有效扩展成像景深。首先通过小波-Controulet变换获得源图像的高频和低频分量;然后, 针对数字全息中含散斑噪声的特点, 对高频分量采用基于数学形态学区域能量的方法进行融合, 对低频分量采用加权对比度法进行融合;最后, 将融合系数反变换得到融合图像。通过对算法的有效性分析和实验验证, 将本文提出的方法与不加入数学形态学的融合方法进行了对比研究。结果表明, 基于数学形态学的融合方法能充分抑制散斑噪声的影响, 保留更多细节信息, 有效扩展了成像景深范围达115 cm。其中, 对于表面粗糙且信息量较少的骰子, 基于数学形态学方法的空间梯度算子提高了118%, 熵值提高了27%;对于表面光滑且信息量较多的硬币, 其空间梯度算子提高了136%, 熵值提高了28%。

为了扩大系统的景深, 本文研究了基于“ 0、π”二元纯相位模板增大系统景深的方法, 并设计了一种三区环型二元相位模板。通过相位模板实现对系统光瞳的调制, 使系统的 MTF具有离焦不变性, 从而避免了系统成像信息的丢失, 达到增大景深的目的。最后利用光学设计软件 Zemax分别对传统光学显微系统和增加了“ 0、π”二元相位模板的大景深显微系统进行模拟, 通过对比二者的成像结果可以得出: 利用二元相位模板可以在保证较高分辨率的前提下, 增大系统的景深。

考虑将曲波变换引入图像融合能够更好地提取原始图像,对一种新的图像融合方法-曲波变换图像融合法进行了研究。将图像序列进行曲波变换后,通过对所有图像的高频进行逆变换及域值处理来获得区域图。根据区域图中高频区域的边界点在每张图层上的活跃度不同求得区域边界的图层分布,利用插值获得高频区域的区域分布图。通过高频区域的膨胀求得整幅图的区域分布图,然后在曲波变换的变换域,利用区域分布图对多尺度的高频系数采用高斯加权求和;对低频系数采用取平均值的规则完成图像的融合。进行了图像融合实验,实验结果表明,与传统的小波变换及基于像素的曲波变换相比,提出的方法获得的融合图像边缘更清晰,更接近参考图像。