在微焦CT成像中，通常利用增大X射线源管电压、管电流来提高扫描效率，但射线源功率增加会导致焦点尺寸增大，投影图像模糊，从而降低重建图像的空间分辨率。为了解决因非理想射线源焦点引起的图像模糊问题，本文提出利用深度学习在投影域映射非理想焦点与理想焦点投影之间的关系。推导了理想焦点投影与非理想焦点投影的正向关系，基于该关系构建配对数据集；提出一种基于自注意力机制的U-net网络（SU-net）学习非理想焦点投影到理想焦点投影的逆向关系。仿真实验和实际实验结果表明，提出的SU-net方法能准确地从非理想焦点投影中估计出理想焦点投影，可有效减少焦点导致的图像模糊。

高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制，基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来，随着成像新技术的发展，超高速和极高速光学成像的性能已得到显著提升，具备更高的时间分辨率、空间分辨率及更大的序列深度等。介绍高速成像技术的发展历程，根据成像方式，将近年来具有代表性的新型超高速和极高速光学成像技术分为直接成像和编码计算成像两个类别。分别介绍和讨论各种新型超高速和极高速光学成像技术的概念和原理，并比较各自的优缺点。最后，对这一领域的发展趋势和前景进行展望。本文旨在帮助研究者系统了解超高速和极高速光学成像技术的基本知识、最新研究发展趋势和潜在应用，为该领域科学研究提供参考。

提出了一种基于多阶时域差分重构相关法的拉曼分布式光纤传感技术。该方案利用混沌信号、放大自发辐射（ASE）信号和噪声信号代替传统脉冲激光作为传感信号，基于多阶时域差分重构方法重构拉曼反斯托克斯散射信号，以此剥离出各个传感光纤位置点携带探测信号时序随机起伏特征的光强信息。最后基于相关压缩解调方法，揭示了拉曼散射温度调制光场空间位置与探测信号的相关特性。从理论上将时域差分重构方法推广至任意阶数，分析了差分阶数对传感系统信噪比的影响，并分析了面向混沌拉曼分布式光纤传感技术的最优差分阶数。研究了混沌信号、噪声信号、ASE信号这三种信号作为探测信号时拉曼传感系统的数值模拟情况，结果证明了拉曼光纤传感领域混沌信号在动态范围与信噪比方面具有显著优势，为长传感距离、高空间分辨率和高信噪比拉曼分布式光纤传感技术提供了新的研究思路。

拉曼分布式光纤温度传感（RDTS）系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一，尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异，本文简述了RDTS的基本原理，着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法，分别从系统结构、部件优化、解调方式和智能信号处理等方面系统性地总结了最新研究进展，并通过走访调研了RDTS的全球市场概况及其在各工程领域的典型应用，旨在为分布式温度传感技术的同仁提供有益的参考。

为了实现高分辨率的三维温度测量技术, 提出了一种基于光学相干层析的三维温度测量技术。根据气相火焰的散射特点, 建立相干测量火焰温度场的数学模型, 通过数值模拟两种雷诺数(Re=10 000, 20 000)下的Sandia Flame D三维温度场, 以及光学相干层析在上述两种工况下测量的三维温度场。模拟结果表明：在设定的模拟条件下, 对于低湍流程度火焰, 光学相干层析相干长度小于火焰最小尺度, 三维温度场测量具有一定的可行性。这将为光学相干层析测量三维温度场分布提供理论依据。

高分辨光学成像技术对生物学、生命科学以及材料科学的发展都有重要意义。主流的高分辨光学成像技术依赖荧光成像，但是荧光高分辨成像不能揭示分子特异性信息且极易导致细胞毒性。而光热显微成像技术是一种兼具成分分辨和非侵入性的新兴技术，能够填补高分辨荧光成像的缺陷，具有极大的应用前景。对光热显微镜技术的实现原理、技术发展进行简要介绍，并总结提高中红外光热显微成像的探测极限和分辨率的措施，旨在为进一步推动高灵敏度和超分辨光热成像技术的发展提供借鉴思路。

空间分辨率是衡量遥感载荷光学成像性能的重要指标。传统二维扇形靶标影像难以直接用于载荷空间分辨率检测，精度受限于载荷构像模型以及影像校正处理方法。本文结合圆球球面数学模型，设计了扇形与网格混合的球面靶标，提出了一种直接在球面靶标影像上进行光学成像载荷空间分辨率检测方法。该方法针对球面同心圆移动椭圆成像以及偏心率局部一致特点，沿球面同心圆圆心直线方向进行多尺度椭圆拟合，并通过多尺度拟合椭圆长半轴的相对比例关系来精确计算遥感载荷空间分辨率，达到直接基于球面靶标中心投影影像进行载荷空间分辨率检测的效果。采用仿真球面靶标进行检测方法准确性验证，实验结果表明，本文方法具有优于传统检测方法的检测精度。进一步采用中国（嵩山）卫星遥感定标场中布设的实体球面靶标，开展了光学成像载荷空间分辨率检测实验，验证了本文方法的空间分辨率直接检测能力和检测结果有效性。

提出一种基于布里渊光时域反射（BOTDR）系统的寻极大值法，在快速傅里叶变换（FFT）和短时傅里叶变换（STFT）的基础上，实现了频移的快速定位及系统空间分辨率的增强。对时域信号进行FFT处理，利用寻极大值法判断是否存在温变或应变信息，再通过逐级选取对应长度的时域信号来确定温变或应变频移发生的位置范围；对时域信号进行STFT处理，构建三维布里渊增益谱，通过寻极大值法构建布里渊频移分布来检测短距离温变或应变，从而提高系统空间分辨率。在实验中，利用基于等分FFT的寻极大值法，对2 km待测光纤中130 m段加热光纤的位置范围进行快速定位，系统运算时间缩短到原来的1/8。同时在设置探测光脉冲宽度为100 ns的条件下，利用基于STFT的寻极大值法，在2 km待测光纤上检测到0.6 m光纤长度的温度变化，实现了亚米级别的空间分辨率。与传统BOTDR系统相比，基于寻极大值法的STFT-BOTDR系统提高了实际应用中的检测速度与空间分辨率，工程实用性得以提高。

为了提高分布式光纤温度传感的空间分辨率，提出了一种基于大调制中心频率的外调制布里渊光相关域反射（BOCDR）新技术。笔者发现了外调制BOCDR系统中的拍频谱噪声，分析了该噪声的起因以及其对被测信号混叠的影响，并据此发现使用较大的调制中心频率可以抑制拍频谱噪声对布里渊散射信号混叠的影响，从而获得较高的空间分辨率及较大的温度测量范围。利用所提出的基于大调制中心频率的BOCDR新技术，在一个验证实验中，使用一段长为17.2 m的G657光纤实现了连续分布式测量。实验结果表明，外调制BOCDR系统的空间分辨率为11.6 cm，温度的测量不确定度为0.26 ℃，测量不确定度比同类系统低一个数量级。