液晶作为液态和固态之间的中间态，具有液体的流动性和晶体的各向异性，其指向矢灵活可调，从微波到紫外都有广泛应用。近年来液晶光子学在太赫兹波段展现出巨大应用前景，本文综述了基于液晶的太赫兹源、可调太赫兹器件和太赫兹探测器的研究进展，探讨了未来液晶太赫兹光子学的发展趋势，如新型铁电向列相、液晶拓扑在太赫兹领域的应用，多模式、多参量的太赫兹波按需产生、调制与探测等。

为了使有机发光显示技术满足国际电信联盟为超高清电视所制定的色域标准（BT 2020），高色纯度有机发光器件（OLED）的研究与开发具有重要意义。本文分别从窄带发光OLED材料和微腔OLED器件两方面介绍高色纯度有机发光器件的重要研究进展。首先，分析了分子的振动耦合对有机发光材料色纯度的影响，并针对荧光、磷光和热激活延迟荧光（TADF）3种材料，分别讨论了目前改善有机发光色纯度的方法，总结了最新的材料设计策略与研究结果。然后，介绍了微腔效应的原理，分析其对有机发光器件光谱的修饰与窄化作用，并介绍了利用微腔效应实现高色纯度发光的器件结构设计与优化方案。最后，讨论了高色纯度OLED器件在显示领域的未来前景与挑战。

目前VR/AR（虚拟现实/增强现实）显示技术深受市场欢迎，应用十分广泛，国内外各类近眼显示设备也深受消费者的青睐，各类近眼显示设备成像原理和采用的光学元件各有不同。本文对当下各种近眼显示成像技术进行了概括和分类，介绍了目前比较常见的几类近眼显示光学系统。针对双目视差显示系统、视网膜成像显示系统、集成成像近眼显示系统和全息技术近眼显示系统进行了介绍，深入剖析了几种典型近眼显示系统的技术原理和光路结构。提出了一种双目视网膜投影成像三维（3D）显示装置，将双目视差技术与视网膜投影技术相结合，实现了结构紧凑、无辐辏聚焦冲突、高清晰度的视网膜投影成像立体显示效果。对各类近眼显示技术的发展、更新以及各自技术的特点和研究进展进行了归纳总结，对近眼显示技术的发展方向进行了展望。

在显微成像领域中，高成像质量图像的获取与良好的照明方式息息相关。传统显微镜使用聚光透镜来提供均匀强度的照明，调节聚光透镜的光阑匹配不同放大倍率的物镜。然而无色生物细胞的光学吸收系数低，在传统显微镜下难以观测到其细节信息。为了突破传统显微镜的成像功能，本文设计了一种可调控的显微镜聚光镜模块，通过将小型扭曲液晶器件嵌入聚光透镜的后焦面处，调控液晶器件的对光的透过效果可以实现明场成像以及差分相衬成像。系统由一款商用显微镜改装而成，液晶器件尺寸为22 mm×18 mm，实现了系统的高度集成化。通过实验验证了系统的成像性能，实现了对微凸透镜样品的定量相位重建，实验与理论曲线的互相关系数达到0.994 9，并且通过胚胎干细胞的重建展示了系统在实际应用中的效果。

在电场作用下，同心圆柱筒中的介电作用及挠曲电作用具有与平面液晶盒中不同的性质。本文在轴向强锚定边界条件下，对柱筒内添加手性剂的向列相液晶5CB施加径向电场，分别研究了介电效应和挠曲电效应对指向矢分布的影响。基于液晶连续体弹性理论和有限差分迭代方法，计算了体平衡态方程。通过数值计算发现，挠曲电系数e₁、e₃具有不同的取向作用。本文的模拟结果为电场作用下柱筒内手性向列相液晶指向矢结构的预测提供了更全面的理论分析，对液晶挠曲电系数的测量也具有一定的指导意义。

液晶材料在微波频段具有良好的调制特性，在微波可调谐器件领域具有巨大的应用潜力。本文针对液晶材料微波介电常数的测量需求，提出了一种基于人工局域表面等离激元谐振的传感器。通过设计环形谐振器结构，在sub-6 GHz频段形成局域表面等离激元窄带谐振峰。通过给液晶施加外加电场，能够实现对液晶介电常数的调控。通过谐振频点位置的拟合，能够得到对应的液晶的介电常数大小，从而实现液晶材料在微波频段的介电常数的测量。本文研究了不同液晶层厚度、不同液晶介电常数对人工局域表面等离激元谐振频点的影响。随着液晶层厚度增加或者液晶介电常数的减小，谐振频点f₁和f₂都逐渐增大。当液晶层厚度大于或等于0.5 mm时，谐振频点f₁和f₂随介电常数的变化具有良好的线性度，且具有高灵敏度（>400 MHz/Δε），远大于基于目前报道的其他形式介电常数传感器。同时，本传感器结构可以在液晶层上下施加电场，从而实现在不同外加电场作用下液晶材料微波介电常数的测量，在液晶微波特性研究领域具有应用潜力。

晕开缺陷（Particle Gap）是液晶面板常见缺陷之一，在工业生产中需要准确评价缺陷的严重等级。传统评价方法存在准确率低、误差大的问题。本文基于Particle Gap缺陷的形态与颜色特征，利用Photo Shop软件设计了Particle Gap电子限度样本，提高了缺陷等级评价的准确率。首先根据形态将缺陷分为4类，通过色彩分析仪分析发现圆形有核和圆形无核两类缺陷的颜色呈各向同性，从中心向边缘分为均匀渐变和非均匀渐变两类；然后建立了Particle Gap电子限度样本模型，经过对比实验找出了不同等级之间精准的电子限度样本；最后分析得出Particle Gap色域范围为色相H∈［30°，45°］，饱和度S∈［2%，56%］，明度B∈［15%，66%］。随着缺陷由轻变重，色相总体呈减小趋势，饱和度逐渐增大，明度先升高后降低，为制作与修订电子限度样本提供了参考。该限度样本应用于H公司面板检测工序后，Particle Gap等级准确率提高7.1%以上，因错检造成的产品和材料损失显著降低，在缺陷检测领域具有重大应用价值。

为了满足可穿戴设备对微显示器高稳定性、低工作电压的要求，本文设计了一种新型低压微显示电路及其工作时序，在一帧时间内完成晶体管阈值电压偏移的提取、储存、补偿与发光，在最大灰度下发光电流达1 017.1 nA。当阈值电压偏移量在-50~+50 mV之间时，传统微显示电路误差最大达+18.67 LSB，而所设计的微显示电路发光电流误差保持在-0.54~+0.70 LSB之间，显著提高了显示稳定性。所设计的微显示电路经HSPICE仿真验证功能正确，符合可穿戴设备的应用要求。

为抑制激光散斑噪声对定量相位重建精度的影响，本文基于经验模态分解提出了一种激光散斑噪声抑制方法。该方法只需采集一张全息图像且无需添加额外硬件设备，避免了寻找最优处理参数的复杂过程。首先，采用经验模态分解突出图像细节信息。其次，使用边缘检测克服各向异性扩散方程中梯度算子抗噪声能力不强、不能识别伪边缘等问题，对细节突出的图像进行边缘检测。最后，由高精度的边缘检测结果引导扩散去噪过程达到更好的散斑抑制效果。实验结果表明，经过本文方法处理后，重建相位的结构相似性提高了12.900 0%，边缘保持指数提高了14.386 1%，散斑抑制指数降低了8.129 9%，并且相位截面曲线与原始相位最接近。本文所提出的方法不仅具备更好的去噪效果，而且更有效地保留了细节信息，相位重建的精度更高。

VGGNet能提供高精度的火星图像分类，但需消耗大量内存资源。鉴于器载计算机内存资源有限，为解决这一矛盾，本文提出了基于迭代剪枝VGGNet的火星图像分类方法。首先，采用迁移学习训练网络的连通性，以便评估神经元的重要性；其次，通过迭代剪枝方法修剪不重要的神经元，以便将全连接层的参数量和内存占用量减少；最后，采用K-means++聚类实现权重参数的量化，利用霍夫曼编码压缩迭代剪枝与量化后的VGGNet权重参数，达到减少存储量和浮点数运算量的作用。此外，通过5种数据增强方法进行数据扩充，目的是解决类别不平衡的问题。实验结果表明，压缩后的VGGNet模型的所占内存、Flops和准确率分别为62.63 Mb、150.6 MFlops和96.15%。与ShuffleNet、MobileNet和EfficientNet等轻量级图像分类算法相比，所提模型具有更好的性能。

针对现有眼动图像标注算法中停留在非目标上的注视点容易引入定位干扰，导致标注精度不高的问题，本文首先实验探索了标注任务中的眼动规律；然后提出将标注注视序列分为视觉搜索和视觉识别两个阶段，并设计了基于参数自适应DBSCAN算法的视觉搜索和视觉识别注视点分类方法，旨在将提取的识别注视点作为眼动图像标注算法的输入，提高标注结果的准确性；最后基于2014 DIMITRIOS P数据集开展实验对比与分析。实验结果表明，与现有相关算法相比，F1度量提升4%，算法运行效率提升了近1倍，眼动图像标注算法精度提高3.34%，满足稳定可靠、精度高、运行速度快等要求。

针对传统多聚焦图像融合算法中融合边缘出现模糊、伪影等问题，提出了一种结合改进拉普拉斯能量和（SML）与差分图像的多聚焦图像融合算法。首先，为了提取源图像的聚焦特征信息，分别通过SML和滤波差分进行聚焦度量，再采用引导滤波获得更多的细节特征；接着，利用像素最大值规则生成初始融合决策图，再对初始融合决策图进行小区域去除消除因聚焦和散焦区域相似造成的噪点，并对融合决策图进行不一致处理，获得更精确的聚焦区域；最后，由逐像素加权平均规则，得到融合图像。实验结果表明，所提出的算法在主观视觉效果和客观评价指标上均优于对比算法，互信息、特征互信息、图像梯度特征在彩色图像上分别提高了0.17%、0.38%和0.11%，在灰度图像上分别提高了0.7%、0.69%和0.33%，并且平均运行时间少于0.5 s，具有较高的计算效率。此外，该算法能够较好地保留源图像信息的完整性，融合图像边缘清晰、无伪影。

由于雾霾天气下空气中介质粒子的影响，成像设备所捕获的图像通常会存在对比度低、色彩丢失等问题。针对这些问题，本文提出一种基于雾气分布的大气光幕估计去雾算法。首先，将Fade方法提取的初始雾气分布图像进行阈值分割与细化处理得到较为准确的雾气分布信息。其次，通过分析景深、雾浓度、大气光幕之间的关系建立大气光幕估计模型。最后，通过亮度权重图与自适应大气光阈值选取大气光区域，获取较为准确的大气光，进而恢复退化场景。实验与结果表明，本文算法恢复的图像清晰自然，去雾效果彻底，并且能够保留图像中的细节信息。

针对PatchMatchStereo立体匹配算法在实现倾斜平面时，因使用随机函数生成平面参数而导致算法计算量大且误匹配率高的问题，提出一种基于局部一致性约束的立体匹配算法。首先，通过对图像中的像素进行稀疏匹配获得视差置信度高的支撑点；其次，利用三角剖分为图像内各像素点确定一个三角平面，计算平面参数并分配给该平面内的点；然后，通过迭代传播为每个像素点找到更加准确的平面参数，构建出局部一致性平行窗口模型；最后，通过平面参数计算视差值并通过视差后处理优化视差。本文算法在Middlebury评估平台第三版标准测试数据集上进行实验，实验结果表明，处理后的平均误匹配率比PMS算法降低了4.39%，其中对单个图像的误匹配率最高降低15.42%。本文算法在降低误匹配率的同时提高了图像处理的效率，相较于其他算法具有显著的优越性。