单像素成像系统是通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标二维分布信息的计算光学成像技术，与传统直接成像技术相比具有高能量收集效率、高灵敏度等一系列优点，在高能物理诊断技术领域有着广阔的应用前景。针对实际单像素压缩感知成像系统在复杂诊断环境中存在的重建噪声较大的问题，提出并实现了基于分块平滑投影Landweber二次重构算法的单像素成像系统。根据算法观测矩阵分布特性以及数字微镜硬件输入要求实现了实际投影观测矩阵的变换，利用二次重构算法实现了单像素诊断的仿真分析与实验测试。仿真结果表明，在采样率为20%～30%的条件下，重建图像峰值信噪比大于20 dB，结构相似性高于0.8。进一步搭建单像素成像平台完成实验研究及验证，实验结果表明，利用二次重构算法模型对目标场景进行恢复的效果优于其余两种传统算法。二次重构单像素成像系统在采样率仅为20%的条件下能够重建出清晰的原始图像，具有较好的噪声抑制特性。

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出，但随着视场的增加，子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题，采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正，生成多模动态电子畸变测量靶标，构建畸变测量校正模型，建立多项式拟合算法，采用最小二乘法获得畸变系数，通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明，校正后的平均相对畸变优于0.1%，满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。

调制传递函数（MTF）是评价电视摄像机成像质量的重要参数。介绍了一种用于可见光电视摄像机整机MTF测量装置及方法。设计了三积分球目标发生器系统，通过电动衰减器实现了目标和背景亮度的独立可控,其出口不均匀性为4.1%。采用基于倾斜狭缝法的亚像元自动插值与匹配算法以及线扩散函数（LSF）的最小二乘拟合分析法，实现了倾斜角度的自动计算以及MTF的精确测量，测量装置的重复性为0.007。通过与国外先进仪器的比对实验，表明建立的电视摄像机整机性能测量装置可以有效解决电视摄像机整机成像质量性能评价问题。

为了突破传统技术的限制，基于自适应透镜的光学成像系统逐渐发展起来，成为国际研究的重点和热点。研究首先对自适应透镜的概念进行了简单的阐述，介绍了自适应透镜变焦的基本原理，分析了基于自适应透镜的光学成像系统的基本结构和原理，然后概述了诸如显微镜、照相机和望远镜等几种典型的基于自适应透镜的光学成像系统，最后总结了基于自适应透镜的光学成像系统的发展趋势。