为实现微小物体的全方位高精度三维测量，构建了一种利用结构光照明的高精度三维测量系统。对系统采用的双远心镜头、相位解算方法、多投影点云融合算法等进行研究。首先利用双远心测量头采集图像数据，然后采用多频相移与互补格雷码相移两种方法进行相位解算，并分析比较两种方法在重建精度和重建效率方面的性能，最后针对特定点云噪声提出相位滤波方法、优化的统计滤波方法以及多投影点云融合匹配校正方法。实验结果表明，系统应针对不同使用场景选用不同的相位解算方法；相较于单投影双目系统，基于多投影的本系统能获取目标全貌，且平面及高度测量精度均在10 m以下；在GPU加速后，测量速度提升218倍。该系统基本满足高精度工业测量的精度高、效率高等要求。

温度是评估弹药热辐射毁伤的重要参数。 弹药在引爆后会在极短时间内压缩周围空气并向四周猛烈释放出大量能量, 伴随着能量释放弹药介质会急剧升温并形成火焰场, 通过测量、 分析火焰场的真温值, 便可以得到爆炸火焰的空间热辐射毁伤效应。 由于爆炸过程的强破坏性和瞬态性, 爆炸火焰的测量主要是依靠辐射测温法。 在以往研究中, 已有学者针对爆炸火焰测量研制了相应的辐射测温仪器, 但目前所研制的仪器只能测量出爆炸火焰在单波长下的亮温场, 而单波长亮温场无法实现真温值的计算。 针对这一问题, 研制了一套多光谱热成像仪, 该仪器采用多幅分光技术, 可实现爆炸火焰在同时刻、 不同波长下的分光成像, 并利用高速CCD相机进行数据采集, 最后依据多光谱辐射测温理论反演出爆炸火焰真温场。 多幅分光技术是由远距离多孔分光镜头所完成的, 该镜头主要分为两个部分: 主成像镜头和分光镜头。 主成像镜头的功能是对远距离爆炸火焰进行聚焦成像, 其所成图像经由单凸透镜汇聚到正后方的多孔分光镜头上。 多孔分光镜头内置分光光栏, 光栏上可镶嵌不同波长的窄带滤光片, 当入射光透过光栏上的窄带滤光片后, 透射光便为被测目标的单波长辐射能量。 远距离多孔分光镜头可对500 m以内的爆炸火焰进行成像, 并依据实际需求将分光光栏设计为四分光结构, 同时为方便滤光片更换将分光光栏做成了可插拔的形式。 该镜头自重约为0.75 kg, 可通过法兰片直接安装在高速CCD相机上, 完全满足野外测量要求。 为验证仪器的有效性, 对1.660 9 kg的TNT进行了爆炸火焰真温场实验。 实验结果表明: 在爆炸后0.1 ms时出现最高温度值3 251 K, 随着时间推移, 真温场逐渐扩大, 但其最高温度值在逐渐降低; 当时间为0.6 ms时, 最高温度值为2 483 K。

红外光学镜头的工作环境复杂，常受到外部载荷冲击。针对某款长波红外光学镜头建立了ANSYS有限元分析模型，对其进行峰值加速度为100g、持续时间为6 ms的半正弦冲击仿真分析。对提取的数据进行刚体位移、峰谷值（PV）和均方根值（RMS）的计算，并运用泽尼克多项式对冲击之后的透镜面形进行拟合，求解泽尼克多项式系数，分析冲击对红外光学镜头性能的影响。基于响应面法对红外光学镜头进行优化，对优化之后的模型进行冲击仿真，并进行对比分析。分析结果表明：对红外光学镜头进行优化，冲击之后透镜的最大变形量与最大等效应力有所降低，表征透镜面形变化的PV、RMS也有所下降；对结构进行优化，能够在一定程度上降低冲击对其造成的影响。

目前市面上的水下镜头以视场角小、光学总长大的镜头为主。利用超短焦距的方案，从6片玻璃镜片的初始结构出发，结合水下成像镜头的特点，设计了一款500万像素的超短焦水下广角监控镜头。其全视场为95°，焦距仅为3.1 mm，系统光学总长为32.8 mm，后工作距为5.3 mm。该镜头由隔水窗以及由4片球面镜片和2片非球面镜片（包含滤光片和光阑）所构成的透镜组组成。在水下工作时，该镜头在全视场范围内的调制传递函数在250 lp/mm频率处都在0.3以上，同时中心视场系统的光学性能接近衍射极限，配合IMX675传感器能实现良好的成像效果。通过温度和公差分析，证明该镜头能适应水温变化，满足实际生产和装配的要求。

针对折反式超短焦投影成像光学系统由于结构复杂、投射比小、视场角大造成优化像差时收敛速度慢的问题，提出一种基于折反耦合点的超短焦投影成像光学系统的设计方法。通过对光学系统中折射透镜组与凹面反射镜之间各视场及孔径处光线耦合点位置的计算，将理想耦合点与实际耦合点的偏差作为评价函数来优化像差，同时采用正向设计和反向设计相结合的方式，有效提高光学系统优化效率。利用此方法设计了一个超短焦投影镜头，可在486 mm处投射100 inch（2540 mm）尺寸画面，TV畸变小于0.2%，各视场调制传递函数（MTF）在截止频率为117 lp/mm处均达0.5以上。