中频波前均方根(PSD1)是用来评价光学元件中频段波前质量的关键参数, 在对其进行数值计算之前, 需要对波前数据进行频率域滤波。滤波后的数据易导致待测区域内、外的数据截断, 引入较大的边缘高频误差与吉布斯噪声, 从而严重影响了计算准确度。为了减小数据截断带来的影响, 通过对边缘截断的数据做趋优填充, 减少截断区域内外的空间频率突变。通过对现有的空域预处理方法进行对比, 提出了一种四向扩展平均算法。经试验验证, 所提出的方法可以较好地还原光学元件的中频段面形, 显著提高PSD1测量准确度, 试验表明所提出的方法较标准值的误差平均值小于5%。

分量替换是遥感图像融合中的一种经典方法，其具有良好的空间保真度，但容易产生光谱失真，为此本文提出一种结合结构与能量信息的全色与多光谱图像融合方法。方法首先通过超球面颜色空间变换分解多光谱图像的空间和光谱信息。其次，通过联合双边滤波引入了两层分解方案。然后，将全色图像和强度分量分解为结构层和能量层。最后，提出结构层通过邻域空间频率策略融合，强度分量的纯能量层用作预融合图像的能量层。强度分量定义颜色的强度，通过将预融合结构层与强度分量的能量层结合，可以有效地结合源图像的空间和光谱信息，从而减少全色锐化图像的光谱失真。本文在 Pléiades和 QuickBird数据集上进行大量实验，并对实验结果进行定性和定量分析，结果表明所提方法与现有先进方法相比具备一定优越性。

偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术，对亚波长微观结构的变化比较敏感，可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而，在可见波段范围内，生物组织是强散射介质，光在组织中传播时会经历多次散射，失去原本携带的相位和偏振信息，从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法，搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度，利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数，进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示：偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关（R²=0.99988）；退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系，二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大；该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟，表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现，偏振空间频域成像可以有效控制成像深度，精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测，测量结果显示：猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏，相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性，促进肿瘤的早期检测。

Photodynamic therapy (PDT) dosimetry, including light dose, photosensitizer dose and tissue oxygen, has been a research focus in PDT. In this work, we present a three-dimensional (3D) quantification of protoporphyrin IX (PpIX) using combined spatial frequency domain imaging (SFDI) and diffuse fluorescence tomography (DFT). The SFDI maps both the distributions of tissue absorption and scattering properties at three wavelengths and accordingly provides the optical background for DFT and extracts the tissue oxygenation for assessing the therapeutic outcomes, while DFT dynamically monitors the 3D distribution of PpIX dose from measured fluorescence signals for the procedure optimization. A pilot in vivo application in tumor nude models showed that the proposed SFDI/DFT is able to dynamically trace changes in the PpIX concentration and tissue oxygen during the treatment, rendering it a potentially powerful tool for PDT to improve clinical efficacy.Photodynamic therapy (PDT) dosimetry, including light dose, photosensitizer dose and tissue oxygen, has been a research focus in PDT. In this work, we present a three-dimensional (3D) quantification of protoporphyrin IX (PpIX) using combined spatial frequency domain imaging (SFDI) and diffuse fluorescence tomography (DFT). The SFDI maps both the distributions of tissue absorption and scattering properties at three wavelengths and accordingly provides the optical background for DFT and extracts the tissue oxygenation for assessing the therapeutic outcomes, while DFT dynamically monitors the 3D distribution of PpIX dose from measured fluorescence signals for the procedure optimization. A pilot in vivo application in tumor nude models showed that the proposed SFDI/DFT is able to dynamically trace changes in the PpIX concentration and tissue oxygen during the treatment, rendering it a potentially powerful tool for PDT to improve clinical efficacy.

针对目前临床上尚缺乏有效可行的烧伤程度精准诊断的难题，本课题组研究了基于空间频域成像的烧伤程度无创定量评估方法。本课题组通过基于单次快照多频解调方法的空间频域成像技术，实时、大面积、高分辨地反演出了与烧伤组织结构、生理特性紧密相关的光学参数(吸收系数与约化散射系数)，并结合系统聚类方法与多参数降维分析，提高了烧伤程度分类的准确性，缩短了分类时间。鼠烧伤模型的实验结果表明：动态监测光学参数的变化趋势可以显著区分出三种不同的烧伤程度，系统聚类分析缩短了分类时间，基于主因子的多参数降维分析表现出了更强的抗干扰性。本文方法为临床烧伤的早期诊断提供了一种极具潜力的实现途径。

针对AR光学系统中虚像视距（VID）测量方法基于主观判断、易受摄影系统的景深干扰等问题，从VID的测量原理出发，提出了利用景深特性使AR虚像视距与参考实物物距保持一致的方法，通过构建实验系统和分析算法，采用基于边缘的空间频率响应检测同一摄影系统在拍摄虚像和参考实物过程中图像清晰度的相对变化，将VID转换为摄影系统在相应对焦位置时的远景距离，实现对AR光学系统VID的定量测量。实验结果表明：设计的VID测量系统的测量结果（1397 mm）与所测的AR波导镜片样品的理论设计值（1400 mm）相符，说明了该测量系统的有效性；测量误差为10~40 mm，即将理论误差降低到传统测量方法的1.6%~6.45%，显著提高了VID的测量精度。该方法仅基于常用实验器件即可实现AR光学系统VID的测量，有利于将VID检测系统更便捷地投入到AR设备的生产和研发环境中，助力AR设备设计和生产工艺的进步。