开展了基于仿生曲面复眼相机的空间目标定位实验研究。采用CALibration Tag标定板结合MATLAB标定工具箱对自研仿生复眼相机进行内外参数的标定。针对目标的三维定位，从曲面复眼相机成像原理出发并利用相机定标参数，确定目标点在复眼相机中各子眼坐标系下坐标的线性关系并建立线性方程组，通过最小二乘法进行求解以获得目标点的准确空间定位。设计了光斑定位实验，实验结果表明，在至少4 m的工作距离内，仿生曲面复眼相机的定位误差可以控制在2%以内，该目标定位方法应用于仿生曲面复眼相机能实现较高精度的目标定位。在此基础上，采用尺度不变特征转变算法实现了两个子眼所拍摄子图像的特征点粗匹配，结合随机抽取一致算法去除错误匹配点，进而由特征点在子眼像素坐标系中的二维坐标反演出其在空间坐标系中的三维坐标，最后通过对所有点进行点云拼接获得完整的重构点云。实验结果表明，对距离相机约0.6 m处的边长为5.5 cm的正方体可以实现较好的三维立体重构。

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。

根据仿生曲面复眼具有众多子眼、多通道成像的特性，对多相机式仿生曲面复眼标定与目标定位方法展开研究，结合非平行双目视角下三角测量与相机坐标系映射的方法，提出一种仿生曲面复眼目标定位方法。根据复眼定位对子眼间具有较大重叠视场的要求，用Unity3D仿真软件设计了总视场角超过180°的17眼仿生曲面复眼，并制备了实物样机。通过张正友标定法，完成复眼系统中17个子眼的单目标定和38对相邻子眼间的标定，在此基础上，根据复眼相邻子眼间有较大重叠视场的性质，提出了一种不相邻子眼的外参标定方法，实现复眼坐标系的统一。搭建实验平台，结合RANSAC优化后的ORB特征匹配方法，用复眼样机对处于不同位置无人机模型进行三维定位实验，并对定位结果展开误差分析。实验结果表明，该复眼标定及目标定位方法应用于所制作的样机，能实现较高精度大视场目标定位。

针对多通道拉曼成像系统常会受荧光背景、噪声等非线性因素的影响而导致拉曼光谱重建结果一般的问题，提出了一种基于高斯核主成分分析的拉曼光谱重建算法.首先利用相似度因子对标定样本数据集进行预处理，其次通过高斯核函数将标定样本以非线性形式映射至高维特征空间，接着在特征空间中对映射后的数据集提取基函数并通过伪逆法求得与之对应的基函数系数.使用聚甲基丙烯酸甲酯作为测试样本，并引入均方根误差来评估拉曼光谱重建结果的准确性.实验结果表明，相比传统的伪逆法与维纳估计法，该算法具有更高的重建精度及抗噪能力，且能有效降低标定样本中不良数据和成像系统中非线性因素对拉曼光谱重建的影响.因此，该算法可以为多通道拉曼快速成像提供一种有效的拉曼光谱重建算法.