传统平面显示技术无法满足360°视角、高分辨率的显示效果。提出了一种基于人眼跟踪的360°悬浮显示系统。利用多摄像头人眼跟踪算法实时获取观察者视点位置,并利用OpenGL生成对应视角画面。为实现360°显示,设计了一种折反射式柱面投影光学系统。为充分利用投影仪有限的分辨率,提出了一种半周显示方案。为显示正确图像,提出了基于贝塞尔曲面的预畸变校正方法和极坐标系转换方法,最终实现了系统360°水平视角和一定范围内垂直视角可视。实验结果表明,所提系统能以高分辨率、低成本的方式实现静态或动态的悬浮显示效果。

设计了一种用于红外光电系统性能测试的目标模拟器的光学系统。原理上采用一个无焦系统与后聚焦系统的组合系统, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 最终设计结果为工作波段8～12 μm, 焦距230.599 mm, 视场12°, 入瞳距600 mm, 入瞳直径100 mm。整个光学系统有9个光学透镜, 最大口径229.77 mm, 光学系统达到衍射极限, 全视场MTF均优于0.39, 80%的能量集中在23 μm的弥散圆内。各项指标都满足设计要求, 能很好地应用于红外光电系统的性能测试。

为了使红外场景投射器投射出的红外场景更加逼真,设计了一入瞳距800mm、入瞳100mm和视场为±2.5°的双波段红外场景投射器投影光学系统。研究了红外场景投射器双波段投影光学系统的设计过程,分析了初始结构选择的方法。该系统可以模拟主要发出波长为3~5μm的高温物体和波长为8~12μm的常温物体,可以分别使用3~5μm波段红外探测器和8~12μm波段红外探测器进行观测,并对该系统进行了像质评价和公差分析。

基于动态红外景象模拟技术的需求，设计了一个基于数字微镜器件的红外双波段投影光学系统：焦距150 mm，相对口径1∶2，全视场角为5.3°，工作波段为红外中波 (3~5 μm)和红外长波 (8~12 μm).系统采用共轴式，由三片球面透镜和一个投影棱镜组成，使用Ge、ZnS和ZnSe三种普通红外材料.引入一个二元光学衍射面，使系统具有结构简单、重量轻、成本低等优点.设计结果表明：在截止频率17 ly/mm、像距5.6 mm时，光学系统的红外中波的调制传递函数接近0.7，红外长波的调制传递函数大于0.5，设计结果接近衍射极限，能够满足红外景象模拟器的总体设计要求.

数字微镜器件(DMD)动态红外(IR)景象模拟技术具有大动态范围、高空间分辨率、高帧频、空间均匀性好、体积小等特点，能够在实验室内模拟红外景像，降低红外系统的研发成本，缩短研发周期。根据基于DMD的红外景象模拟系统的要求，分析了红外投影光学系统的特点，确定了其技术指标。从初始结构选取入手，利用像差平衡理论和非球面技术，针对DLP5500 DMD(1024 pixel×768 pixel)，设计出一种成像质量高、性价比高，工作在8～12 μm波段的红外投影光学系统。系统采用三片透射式结构，焦距为200 mm，相对孔径为13。应用Zemax光学设计软件进行像质评价，各视场调制传递函数(MTF)接近衍射极限，各视场的点列图均方根(RMS)半径远小于艾里斑的半径，满足设计要求。

具有特定视场的动态可见光目标模拟器是可见光成像系统测试与评估的关键设备，该模拟器的准直投影光学系统决定了基于数字微镜阵列 (DMD)的动态景象投射器的性能。根据成像系统测试与评估需求，本文对可见光准直投影光学系统进行设计。基于对投影光学系统的参数计算，设计了视场 58°的大视场可见光目标模拟器光学系统。将设计结果与成像光学系统进行匹配仿真，获得了良好的配合效果。通过对所研制的系统进行测试，实验结果表明所设计的光学系统完全满足模拟器的要求和对动态场景的仿真需求。