光学相干层析成像（OCT）是一种高速、高分辨率的生物医学成像技术，可实现微米级分辨率和毫米级深度成像。宽带光谱仪是其核心器件，直接决定了系统的轴向分辨率。面向小鼠视网膜高精度成像需求，笔者设计了一套基于自制光谱仪的OCT系统，并提出了一种基于系统性能指标（轴向分辨率和灵敏度下降）的光谱仪标定方法。通过理论计算和仿真，确定了光学器件的参数，并搭建了包括透镜、光栅和线扫描相机等硬件的系统。利用实验数据和光谱仪标定方法对光谱仪性能进行评估，结果表明：系统的有效成像深度可达2.5 mm，轴向分辨率优于3 μm，成像速率为100 kHz，成像范围内的灵敏度下降了23 dB，达到了OCT的应用需求。最后，将所搭建的光谱仪应用于小鼠视网膜成像实验，获得了良好的小鼠视网膜断层图像，并基于断层图像对两种不同小鼠视网膜各层的厚度进行了对比研究。

针对三种不同空间分辨率的双压电片变形镜(Bimorph DM)，采用仿真实验分析其对3~35 项Zernike 静态像差和实际人眼(包括疾病人眼)像差的拟合能力。实验表明，Bimorph 变形镜特别适用于校正低阶像差，拟合误差小于0.15，随着空间分辨率的增加，Bimorph 变形镜对Zernike 像差和人眼像差的拟合能力总体表现为增强的趋势，其中，35 单元的Bimorph 变形镜的像差拟合能力最优，对前20 项Zernike 像差的拟合误差稍优于传统分立式压电变形镜。通过对Bimorph 变形镜像差拟合能力的实验分析，为人眼视网膜高分辨率系统的Bimorph 变形镜选型提供了分析方法，也为进一步提升Bimorph 变形镜的像差校正能力奠定了研究基础。

针对传统折反射全景成像系统的图像必须依赖展开技术的问题, 提出一种基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计。利用国内首款仿视网膜CMOS探测器各环上像元与周向、径向空间瞬时视场的对应关系, 推导了双曲面反射镜的镜面参数, 构建了基于BIT Retina52探测器的全景成像系统。系统实现了无需坐标变换的全景图像直接输出, 较之传统折反射成像系统, 改善了空间角分辨率变尺度分布问题。

自适应光学眼底相机，由于较高的成像分辨率和人眼等晕角的存在，单次成像的视场被限制在1°左右。必须实现单个视场的精确定位和多个视场的图像拼接，才能得到完整的眼底图像。为了精确定位，文中分析视标引导成像视场的原理，设计了新型的视标引导系统。平行光照明视标，并通过透镜聚焦于人眼瞳孔中心，这样能够精确测量眼底成像视场的位置。基于此搭建的自适应光学系统可在22.6°的眼底范围内成像，精度达到0.003°。这套系统成功实现了单个细胞的追踪和眼底血管的大视场拼接，这将有益于液晶自适应光学系统在临床眼科的应用和推广。

由于人眼像差的多样性和不确定性，自适应光学在活体人眼视网膜高分辨率成像临床应用中受到了限制。对患有青光眼或糖尿病的中国人眼像差数据进行统计分析，并在此基础上分析了人眼像差对成像质量的影响及对波前校正器的性能需求。分析结果表明青光眼和糖尿病患者的人眼高阶像差分别是正常人眼高阶像差的2.9和1.8倍，为了获得接近衍射极限分辨率的视网膜图像，对这两类病眼的像差校正均应该高于8阶泽尼克多项式，并且波前校正器的行程需要分别达到39 μm和14 μm以上。分析结果对基于自适应光学的临床眼科仪器开发有一定的指导意义。

结合人眼自适应光学系统中无需复原Zernike模式系数的特性，提出基于控制信号重置的双变形镜并行控制的改进算法，改进后的算法可以减少矩阵运算量，并能相应地减少存储空间，使其适宜于人眼自适应光学系统的工作特性。对控制算法进行理论介绍，通过模拟仿真证明其可行性，并将算法应用于双变形镜人眼视网膜高分辨率成像系统,实现了对双变形镜的快速稳定控制，获得了眼底视网膜高分辨率图像。模拟仿真和实验结果表明，该算法能够有效地补偿相伴畸变和抑制两个变形镜之间的耦合。

如何有效校正随人群起伏很大的人眼像差，提高视网膜高分辨率成像技术的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。现有的单一波前校正器无法同时清除高阶和低阶视觉像差。针对人眼高阶像差校正需求，研制成功了169单元3 mm 极间距分立式压电变形镜，并与大行程Bimorph变形镜组合，建立了一套双变形镜的人眼视网膜成像系统。系统可实现对离焦小于±4.5 D、散光小于±3.0 D 的低阶像差及前8阶Zernike像差的有效校正，极大地提高了系统的人群适用范围和成像质量。以低阶像差大小作为入选标准，进行小样本量人眼视网膜成像实验，获得了近衍射极限的视网膜图像。该系统适用范围明确，便于后续临床应用。