光学压缩光谱成像方法通过拍摄所得的压缩图像重建景物的三维数据立方体，具有降低数据采集量、能对景物实施凝视拍摄以及提高成像信噪比等优点。受压缩成像方法的限制，由单帧压缩图像重建数据的保真度有限，限制了压缩光谱成像的图像质量和应用发展。基于压缩感知理论，拓展空间编码光学压缩光谱成像物理模型，在变编码空间光调制作用下实施多帧拍摄，经由多帧压缩图像采用最优化算法高保真的重建数据立方体。以AVIRIS成像数据构建模拟场景，开展多帧拍摄空间编码光学压缩光谱成像仿真，采用全波段图像均方根误差定量评价重建数据保真度。实验结果表明，多帧拍摄成像重建数据的保真度提高，图像清晰度提升，光谱曲线的偏差减小。

针对离焦波段光学像对准焦波段光学像的干扰, 本文提出将正则化方法应用于衍射透镜成像光谱仪的图像复原中。正则化方法通过引入稳定泛函, 附加经验预知的或假设的条件, 将逆滤波函数正则化, 从而减少系统噪声给图像复原过程带来的扰动, 将图像复原过程转化为适定方程的求解过程。调节正则化参数的取值, 以取得最佳复原效果。用均方误差和绝对误差分布来评价复原效果。计算机模拟实验表明, 正则化方法能够有效地复原衍射透镜成像光谱仪图像, 抑制噪声的干扰, 降低光谱图像的均方误差。

光学压缩光谱成像是融合了压缩感知原理的新型光谱成像技术，具有降低数据采集量、能对景物实施凝视拍摄、提高信噪比等优点。考虑到采样质量对最终成像质量的影响，在现有成像系统中均采用采样间隔与调制间隔匹配的方法，但此方法降低了系统的采样率，损耗了原始光谱分辨率。针对上述成像方法缺陷，克服采样间隔和调制间隔匹配的成像系统设计要求，所设计实验装置使其光谱分辨率理论值提高至原先方法的3倍以上，并对最优化方法进行改进，在正则化函数中增加表征数据光谱维连续性的变差项，增强数据重建可控性及可靠性。实验结果表明，新方法下实验装置的光谱维通道数提升，各波段图像和特定位置光谱曲线能精确反映目标物的空间特性和光谱特性。

空间光调制过程是空间编码压缩光谱成像方法中影响光谱成像数据保真度的重要环节。为拓展现有压缩光谱成像空间光调制的编码种类，揭示其与成像数据保真度的关联规律，针对压缩光谱成像中的编码调制效应展开研究。基于成像系统物理模型，拓展现有二值化编码振幅调制方法，开展非二值化连续型编码振幅调制研究，进而验证相位型调制方法的施用方法，以全波段图像均方根差作为评价成像数据保真度的参数，量化各类编码调制方法与成像数据保真度的关联。构建具有特定空间特征和谱线特征的仿真场景，实施压缩光谱成像仿真实验，比对六类空间编码调制效应下的成像效果，验证非二值化振幅编码调制的施用可行性及相位型空间光调制对提高此类成像方法数据保真度的有效性。

微小卫星与传统大卫星相比具有研制周期短、机动性高和成本低等特点而成为遥感领域的热点。研制的CCD相机是微小卫星的重要载荷之一, 在取得低成本的同时能够实现0.98/0.5年的可靠度。CCD相机的光学系统采用折反结构而且具有较大的温度适用范围; 光学元件全部采用球面使加工装调易于实现; 对光学系统进行杂光抑制和环境适应性设计进一步保证成像性能。电路系统采用帧转移CCD, 现场可编程门阵列(FPGA), 双相关采样(CDS), 低压差传输(LVDS)和buck/boost电压变换等技术, 使相机具有低成本、低功耗和性能稳定等优点。CCD相机研制中采取了合理的可靠性保障措施, 选用的现有商用器件经过了破坏性物理分析(DPA)、筛选、板级试验等手段的考验。通过环境试验、积分定标试验和成像性能测试表明研制的微小卫星CCD相机成像性能良好。

由于应用需要与工作环境的限制,在设计遥感传感器时侧重于系统的可靠性与稳定性,简化的设计在CCD的曝光触发和机械快门上存在缺陷,造成了CCD的拖影问题,使遥感数据与遥感图像产生了一定程度的失真.针对自研发遥感成像系统中的CCD拖影问题,提出了逆向逐行修正的方法,利用该方法修正遥感数据得到的遥感图像对比度和图像质量显著提高,图像细节予以呈现.

根据光谱光学相干层析(OCT)技术的原理,建立了光谱光学相干层析系统,并利用该系统测量了膜系的反射光谱。该方法通过傅里叶变换实现了光学相干层析信号光谱信息的提取,克服了传统反射测量方法测量结果不直观、受非测量面干扰等问题。测量所得的光谱反射率,与商业仪器的测量值吻合较好,均方差仅为0.0488。

信号处理方法的选择是光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)系统研制的重要环节,直接决定着OCT系统的硬件构建和实现.应用硬件实现OCT信号处理的方法虽然速度快,但存在硬件开销大,系统配置可调节性差等缺点.进而采用了基于数字希尔伯特变换的软件方法来处理OCT信号.该数字处理方法对探测得到的离散干涉实信号进行解析拓展,得到同时具有振幅信息和相位信息的复信号,其中的振幅信息被用于OCT的图像重建.介绍了研制的光纤OCT系统和各驱动单元的同步时序控制,最后给出了人体皮肤和洋葱的OCT高清晰层析图.

光学多普勒成像(Optical Doppler tomography,ODT)是一种结合了光学相干层析成像技术(Optical coherence tomography,OCT)和多普勒流速仪的非侵入、非接触的成像技术,能够实现对高散介质组织内部的血管分布和血液流速的探测。阐述了基于数字希尔伯特变换的相位分离多普勒光学相干层析成像技术的工作原理,并且通过对玻璃毛细管和生物芯片微通道管中聚苯乙烯溶液流速的实验测量,准确测量管内微粒缓慢移动时的多普勒频移量,获得了玻璃管内和生物芯片微通道管中流速分布曲线,证实了所提方法的可行性。获取的多普勒图像具有较高的空间分辨力和速度分辨力,在未来的临床应用中有潜在的应用价值。

光学相干层析(OCT)成像技术是一新近发展的高分辨力生物医学成像手段，能非侵入性地对活体内部的结构与生理功能进行可视化观察。采用宽带近红外光源，基于迈克耳孙干涉原理和外差探测方法，建立了单模光纤型光学相干层析成像系统，相干地提取从生物体内部返回的深度分辨的弹性散射光信息，并依此构筑了自然状态下活体组织的二维光学相干层析成像图像和三维光学相干层析成像图像。光纤化设计的光学相干层析成像系统紧凑、灵活，便于与光纤导管、内窥镜和其它成像装置的有机结合，以拓展其观察范围和应用领域。