光学成像技术具备高分辨、多尺度、多维度、易集成以及低辐射等优势，在生物医学领域发挥重要的作用。在内窥镜领域，如何进行内窥图像信息的获取、处理及可视化是光学成像技术要解决的核心问题，在医学临床中获取内窥镜所观察部位的跨尺度图像有利于医师对于患者病情的诊断以及提升术中操作的精确程度。本文从跨尺度光学成像技术在内窥镜领域的应用入手，重点阐述了目前内窥镜临床中用于获取跨尺度图像的光学系统类型，包括跨尺度变焦光学系统、光纤扫描成像系统、多通道成像系统等，说明了这些跨尺度光学内窥镜系统如何获取跨尺度图像，并对跨尺度光学成像在内窥镜领域的未来发展做了展望。

为使观瞄系统以简单、紧凑结构实现探测、识别目标功能，选用光学补偿法设计紧凑型双视场可见光镜头。首先，根据视场、作用距离指标完成相机选型和焦距计算，依据已选相机像元尺寸和最低照度计算F数，并分析双视场光学系统的特点；其次，对比常规的光阑位置固定方案与光阑位置切换方案，得出后者在实现光学总长、最大通光孔径、变焦行程有效压缩的同时，可以实现更大的相对孔径和更好的像质；最终，选用光阑位置切换方案设计了由11片透镜构成，光学总长为150 mm，最大通光孔径为Φ42 mm，变焦行程为35.97 mm的紧凑型双视场可见光镜头。该镜头短焦焦距为32 mm，F数为2.3，满足水平视场角不小于12°、探测距离不小于5 km的要求；长焦焦距为126 mm，F数为3，满足水平视场角不小于3°、畸变小于0.5%、识别距离不小于5 km的要求。设计结果表明，对于焦距32 mm和焦距126 mm，全视场调制传递函数（MTF ）均大于0.45，全视场点列图的均方根 （RMS）直径小于或接近4 μm，整体像质良好。公差分析结果表明，在135 cycles/mm处，全视场MTF大于0.3的概率达到90%以上。

双分辨率相机同时兼顾大视场和高分辨，利用同轴光学固定结构避免了变焦镜头运动部件带来的诸多问题，在深空探测目标跟踪和手机等智能终端上具有应用价值。针对现有的基于深度学习的双分辨率图像变焦算法的速度慢，信息量没有提升，图像网络结构适配性差和图像信息修复的伪造性等问题尝试性地提出了加入基于深度信息的解决办法。论证将图像对焦清晰度作为深度信息引入双分辨变焦算法的可行性，探讨对焦深度信息检测精度与效果，分别测试深度学习和基于深度信息的传统方法的双分辨率变焦算法，得到了一种不影响正常成像速度，内存开销降低35%和算法复杂度降低60%，超分辨信息真实可靠，图像结果评价提升10%到50%的全新算法。