为了对彩色图像进行实时增强, 本文提出了采用基于插值的分段拉伸算法。首先将彩色RGB图像转换为HSV空间, 在该空间, 对图像直方图进行基于差值的分段拉伸处理, 以达到对图像增强的目的。经过该方法增强后的图像, 细节信息更加丰富, 图像的清晰度得到了改善, 图像的视觉质量也得到了明显提高。经过该算法增强后图像的灰度平均梯度值为直方图均衡化算法的1.95倍。应用现场可编程门阵列(FPGA) 为中央处理器,通过并行处理结构及流水线技术,完成图像空间的转换和图像的实时增强算法, 简化了系统设计, 使处理系统硬件更加紧凑, 运行更加可靠。给出了系统主要功能模块的实现方法, 经现场调试, 可完成每秒30帧×1 024×1 024×24 bit数据的处理, 与直方图均衡化等传统图像增强算法相比, 该算法计算时间缩短了0.807 ms。该系统具有集成度高、图像处理速度快和实时性强等特点。

针对高清视频信号的数据量大，所需的传输带宽高的问题，设计了嵌入式千兆网高清视频传输系统。该系统选用Altera公司Cyclone II系列的FPGA芯片为主控制器，完成数据的采集、处理和传输控制。系统采集端选用Camera Link接口，其数据传输速率最高可达1 Gbit/s，可为高清相机提供简单、灵活的连接。数据传输方式上采用千兆以太网技术，使视频信号不经压缩即可高速远程传输。实验采用分辨率为1 392列×1 040行×8位，帧频为16 Hz的紫外相机，结果表明,该系统每秒最高可传输52帧图像数据，数据流速度达到6078 Mbit/s，且成本低、体积小、功耗低、性能稳定，满足了工程需要。

以ZF6为基底, 采用电子束蒸发物理气相沉积方法设计并制备了一种增透波长为04~08 μm的宽谱带可见光区增透膜。薄膜材料仅含有TiO2和SiO2两种材料, 分别作为高低折射率材料。利用Edinburgh光谱仪对双面镀制该膜系样品的透过率进行测量, 测试结果表明: 薄膜平均透过率达9815%, 实际样品的光学特性与设计结果基本相符, 具有宽带的增透特性, 减少了表面剩余反射。机械强度与环境测试表明: 制备的薄膜具有良好的稳定性和牢固度, 可以应用于可靠性要求较高的光学系统中。

为了对电晕放电进行全天候的检测，设计了一套包含日盲紫外、可见光和长波红外的三波段电晕检测光学系统。为了减小系统体积，提高系统性能，日盲紫外和可见光波段采用共光路结构；长波红外段采用独立光路，利用衍射面特殊的色散特性和非球面技术对系统进行单色像差和色差校正，减少系统的镜片数量。系统采用单镜片调焦设计来保证其在-40~60 ℃内清晰成像。对设计的系统进行了像质评价，结果表明，在空间频率60 lp/mm处，20 ℃时全视场内日盲紫外波段系统的MTF>0.37，可见光波段系统的MTF>0.35；在空间频率20 lp/mm处，全视场内长波红外波段系统的MTF>0.6，3个波段均能清晰成像，满足电晕检测的要求。

为了消除由非致冷红外焦平面自身温度变化造成的辐射测温偏差，提出了一种基于G-t(黑体辐射灰度-探 测器工作温度)标准曲线进行辐射测温的新方法。该方法从热辐射理论和热像仪测温原理出发，利用实验测得的G-t标准温 度关系曲线，并结合灰体表面真实温度的计算公式，最终实现了非致冷红外焦平面成像系统的高精度辐射测温。实验结果表明，当 探测器的工作温度在26℃ ～ 35℃、黑体温度在35℃(308K) ～ 45℃(318K)时，绝对温度偏差低于1K，有效地 消除了非致冷红外焦平面自身的温度变化对辐射测温精度的影响。

选用高性能定点数字信号处理器DM642作融合系统核心处理器，S3C2410作辅助控制处理器，利用DM642的高速图像处理性能及它的视频编/解码单元无缝连接的灵活可配置视频端口，结合S3C2410强大的控制能力，研制了探测中波红外和长波红外的双波段图像实时融合系统。将一种基于离散小波变换的图像融合算法应用于红外双波段图像的融合，针对实时嵌入式系统的特点，对算法进行了优化，并将其移植在以DSP+ARM架构的嵌入式平台上。实验结果表明，该融合算法经仿真优化后，只需39.6 ms即可完成两幅大小为320 pixel×240 pixel的红外图像的实时融合，满足25 frame/s的工程需求，且融合后的图像能突出中波和长波红外各自的特点。

给出了一种新型眼底相机照明系统的设计方案。针对现行眼底相机照明系统复杂的问题，对经典的柯勒照明光路进行改良设计，得到了一个结构简单的眼底照明系统。结构中除网膜物镜外，只需用到4片透镜，且眼底照明区域直径连续可调，充分利用了光能。通过在照明光路中添加黑点板和环形光阑，屏蔽了系统99%以上的杂散光，使眼底相机成像画面的信噪比达到20 dB以上，提高了对比度。同时在Gullstrand_Le标准眼模型上，得到一个均匀度达95%以上的照明区域。

为了满足航天器对轻小、价廉，性能可靠的自主导航系统的要求，设计了广角静态红外地平仪系统。该系统选择辐射稳定的14~16.25 μm作为工作波段，并设定全视场角为136°，F数为0.61；采用反远距结构，使系统后工作距达到15 mm;利用f-θ镜头设计原理，并合理地选用非球面对广角系统进行优化设计,使系统的线性特性的相对误差<0.5%；在空间频率为15 lp/mm处，系统的调制传递函数＞0.6，接近衍射极限；在半径为20 μm的圆内，系统径向能量>85%。另外，采用了像方远心光路，提高了像面的照度均匀性，实现了整个像面照度均匀性>99%。设计结果表明，该镜头结构简单、体积小、后工作距大，很好地解决了广角镜头轴外像差平衡问题，实现了地平仪系统的高精度设计。

为了充分利用中波红外和长波红外的光谱信息，建立了谐衍射中、长波红外超光谱成像系统。利用谐衍射元件独特的色散特性，将谐衍射透镜应用于中、长波红外超光谱成像系统中，使系统在中波红外3.7~4.8 μm和长波红外8.5~12 μm的2个谐振波段内获取二百多个不同波长的图像信息。设计结果显示，在中波红外波段18 lp/mm处 ，光学调制传递函数＞0.52；长波红外波段13 lp/mm处 ，光学调制传递函数＞0.51；光学系统的点斑均方根直径在中波红外波段小于27 μm，在长波红外波段小于34 μm。得到的结果表明，光学调制传递函数在各个波长处均接近衍射极限，点斑的均方根直径完全可以与国内现有探测器的像元尺寸匹配。