细胞内镜需实现最大倍率约500倍的连续放大成像，受光纤照明及杂散光的影响，其图像存在不均匀光照，且光照分布会随放大倍率的变化而变化。这会影响医生对病灶的观察及判断。为此，本文提出一种基于细胞内镜光照模型的图像不均匀光照校正算法。根据图像信息由光照分量和反射分量组成这一基础，该算法通过卷积神经网络学习图像的光照分量，并基于二维Gamma函数实现不均匀光照校正。实验表明，经本文方法进行不均匀光照校正后，图像的光照分量平均梯度和离散熵分别为0.22和7.89，优于自适应直方图均衡化、同态滤波和单尺度Retinex等传统方法以及基于深度学习的WSI-FCN算法。

针对非均匀光照图像存在局部过暗或过亮区域而导致图像对比度低、细节不清晰和可视化效果差的问题，提出了一种基于对称亮度映射和虚拟多曝光融合的图像增强方法。该方法通过颜色空间转换保留输入图像的色度和饱和度分量并分离出亮度分量进行增强。根据相机响应模型，采用图像信息熵和平均梯度最大化原则估计最优曝光比，设计了一种对称亮度映射函数用于虚拟生成对应的最优增强曝光图像和减弱曝光图像，从而与原始亮度分量一起组成具有不同曝光的图像序列，再使用带细节提升的多曝光融合方法对该图像序列重构即得到增强结果。实验结果表明，本文方法在7个公开数据集上的图像信息熵、平均梯度、图像对比度、颜色一致性评价指标均值分别为7.644，9.209，450.683，0.962，均优于对比方法，获得了动态范围高、对比度强、细节清晰和可视化效果好的增强结果。

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题，设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型（COB）集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型，由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后，再由菲涅尔透镜控制溢散光，最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹，根据仿真得到的系统性能指标，并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明：窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束，并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑，整体光效达到60%。

针对工业扫描枪扫描时对被扫描面的照明要求，对扫描枪照明模块进行设计。与传统的商用小型扫描枪比，设计的工业扫描枪可实现更大面积均匀矩形的照明光斑，灵敏度与照明面的锐利度都有所提升。采用两种设计方案：一种方案通过拟合一个自由曲面，使光源经过自由曲面后得到所需光斑；另一种基于传统非成像原理设计的照明光路，使用复眼匀光得到所需光斑；根据市场需求，两种设计方案均可在被扫描面距离扫描枪350 mm处呈350 mm×230 mm的均匀矩形照明面，且照明轴上点的强度大于0.2 W/cm²，全部照明面均匀度大于75%。