头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案；其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标, 对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真；第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度；最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行, 能达到预期的效果。

为了增大视场角、提高探测距离，本文设计了一款采用 640×512面阵非制冷机芯的红外成像导引头。首先分析了红外成像导引头多种结构型式，结合本文设计要求的特点，选择了万向支架式的结构型式；其次对红外导引头光学系统进行像质优化，并对框架角及盲区的满足情况开展分析；最后以实物样机的试验情况，说明此红外成像导引头成像质量良好，能满足搜索、跟踪目标的要求。

图像融合的配准精度是关系到图像融合质量的一个重要性能指标。本文所述的红外与可见光图像融合物镜系统采取平行光路布局、光学被动热补偿的方式提高图像融合的配准精度。本文首先分析对比了机械热补偿方式与光学热补偿方式对提高图像配准精度的贡献；其次根据图像融合物镜系统的性能指标对红外物镜和可见光物镜进行光学被动热补偿的优化设计，并分析了对可见光物镜进行光学被动热补偿设计的必要性；第三从光学布局型式及畸变变化来分析图像融合物镜系统的图像配准精度；最后根据图像融合物镜系统的成像质量和图像配准效果，可得出融合图像质量好、能满足指标要求的结论。

现有的图像拼接系统具有拼接盲区的缺陷，对于监控系统会造成观察盲区，形成信息缺失，对监控安全造成威胁。本文为了消除图像拼接系统的拼接盲区，提出了一种新的无拼接盲区的图像拼接布局型式。首先，对具有拼接盲区的图像拼接布局型式与无拼接盲区的图像拼接布局型式的优缺点进行分析；其次，以 3个非制冷长波红外摄像机图像拼接系统为例，对非制冷长波红外摄像机镜头进行设计分析；最后，为了得到比较好的拼接图像，对待拼接的红外摄像机的畸变提出相应的处理措施。

现有所发布的大多数文献着重于图像融合算法的分析研究，很少有文献对采集融合图像的光学系统做出相应论述。本文根据手持融合观察镜的特点，对可见光/微光与长波红外图像融合、平行光路布局型式的融合物镜光学系统进行设计及分析。首先介绍了共光路光学布局型式与平行光路光学布局型式的优缺点，根据手持融合观察镜的特点选择了平行光路的光学布局型式；其次根据手持融合观察镜指标的要求对可见光/微光物镜进行“消热差”、定焦光学设计，针对长波红外物镜开展内调焦式光学设计；第三根据所设计的融合物镜光学系统，从平行光路光学布局型式、放大率及畸变变化 3个方面对图像配准精度进行分析；最后对手持融合观察镜实际场景的融合图像进行分析判断，得出融合图像质量好，能满足手持融合观察镜融合性能的要求。

针对微光与红外图像融合手持观察镜展开论述。首先对比分离窗口布局与共用窗口布局的优劣，针对本文所设计的手持观察镜，选择共用窗口布局；其次分析折反射系统的特点，选择折反射与透射组合的图像融合光学型式；第三依据相应指标，对图像融合各个子系统开展光学设计；最后分析图像融合系统所成图像，得出此融合系统成像质量好，分辨率高，实现了图像融合的目的。

论述了无热化设计的种类和光学被动式无热化设计的基本原理。使用光学被动式无热化设计方案, 设计了一款工作波段为 8～12 μm、焦距 f′＝16.5 mm、F#＝0.8、视场为 36.5°×27.8°的大孔径、大视场辅助驾驶无热化红外镜头。此镜头体积小、重量轻、结构简单, 适用于辅助驾驶系统。此红外镜头在－40℃～60℃的工作温度范围内, 无需调焦, 能自动消除热差影响, 始终保证成像清晰。经过寒区(低温)试验, 满足无热化设计的需要。