为满足微光像增强器等微光传感器的高精度辐射定标需求，设计了宽动态范围微光照度源。该微光照度源由子积分球、母积分球、可调光阑和圆筒光阑组成。调节可调光阑面积，改变子积分球导入母积分球的辐射通量，实现了光源照度6个量级的调节功能，且保证了光源色温不变。圆筒光阑是具有双微孔光阑和消杂光挡板的筒状结构，可以将积分球亮度光源转化为均匀的照度光源。母积分球上设置了集成了半导体制冷片的硅光电二极管监视探测器，可实现光源照度的监测与设置。开展了宽动态范围微光照度源性能测试，测试结果表明：微光照度源的照度覆盖3.8×10^-6 lx~12 lx，非稳定度小于0.001 8%。

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。

为了解决光污染中存在的极端亮度对比问题，针对此类复杂照明光环境，提出了一种基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法。利用24色标准色卡和CS-2000分光辐射亮度计对D5300数码相机进行标定，获得了高动态范围亮度分布图像与CIE 1931-XYZ表色系统刺激值之间的拟合关系，实现了极端亮度对比环境中亮度分布的准确测量。通过在城市道路中实地测量，验证了基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法的亮度测量动态范围可达10⁴，其测量值与CS-2000分光辐射亮度计测得的标准亮度值的相对误差分别为?2.2 %和?2.5 %，表明该方法具有良好的适用性，可为道路照明质量的高效、高准确度测量提供计量保障，为有效防治光污染等复杂光环境问题提供了解决方案。

通过分析和研究视频内容特征、编解码失真特征和传输时延特征对视频质量评价的影响，结合人眼视觉特性及其数学模型，提出了一种综合考虑传输和编解码失真的基于内容感知的无参考视频质量评价方法，并构建其数学模型。在该方法中，首先采用视频帧图像纹理复杂性特征、图像的局部对比度、时域信息及其视觉感知来描述视频内容，构建其内容感知模型，并以此探讨视频内容及其视觉感知对视频质量的影响；然后，探讨比特率与视频质量之间的关系，构建其模型，研究视频比特率对其质量的影响；接着，结合视频传输时延特征，构建了由于传输时延失真而产生的视频质量下降的质量评价模型；最后，采用凸优化方法综合3个方面的模型，提出了一种综合考虑视频内容、编解码失真、传输时延失真和视觉特性的无参考视频质量评价模型。并采用多个建立的视频数据库和开源数据库中的数据和视频进行了测试验证，并与17种现有视频质量评价模型进行了性能对比；结果表明，所提模型的精度Pearson相关系数和Spearman秩序相关系数值最小分别能够达到0.877 3和0.833 6，最大可以实现0.938 3和0.943 8，表现出了较好的泛化性能，且复杂度比较低。综合模型精度、泛化性能、复杂性3个方面的性能参数表明，所提模型是一个性能比较优异的视频质量评价模型。

针对红外行人图像中待检测目标存在多尺度及部分遮挡导致传统算法难以准确检测的问题，提出一种动态特征优化机制下的跨尺度红外行人检测算法。为解决复杂环境中行人目标特征难以有效表达进而造成目标检测精度低的问题，提出一种动态特征优化机制，通过设计亮度感知模块及EG-Chimp优化模型在增强输入图像局部对比度的同时抑制背景信息；搭建了CSPDarkNet特征提取网络，并在其基础上构建CSFF-BiFPN特征金字塔结构以及跨尺度特征融合模块，以提高检测网络对多尺度及部分遮挡行人目标的检测精度；为进一步精确定位行人目标，引入CIOU损失函数加速网络收敛，从而提升检测性能。选取9种经典检测算法在KAIST数据集上进行对比测试，实验结果表明，本文算法能够对复杂环境中的多尺度及部分遮挡红外行人目标进行准确检测，检测精度可达90.7%，验证了所提出检测网络的优势。

采用图像传感器的成像式亮度计可通过短焦距成像物镜实现大视场和空间分辨的亮度测量，但仍存在图像传感器像素非线性响应，短焦物镜产生的强烈渐晕效应及图像边缘畸变等问题。因此提出了一种成像式亮度计校正方法，利用标准辐射源法进行线性校正与平场校正，以获得线性修正系数和平场校正矩阵，通过几何坐标标定法获得畸变校正矩阵。采用焦距为12 mm的物镜及200万pixel的图像传感器搭建了成像式亮度计，经校正后完成了液晶显示屏发光亮度测量，与商用分光辐射亮度计进行了对比测试，测量相对误差不超过±2%，实现了大视场高精度空间分辨亮度测量。

为了解决观看视角与亮度的相互制约关系，设计了一种基于渐变线光源的集成成像3D显示器，通过设置渐变线光源中每列线光源的宽度，优化微图像阵列中每列图像元的成像光路，建立了3D成像模型，通过几何光学推导了观看视角以及亮度的计算公式；研制了基于渐变线光源的集成成像3D显示实验装置，通过实验验证了可以在保持观看视角的前提下将3D图像的亮度提高为传统集成成像3D显示的4.5倍。