为提高CCD摄像机的成像质量，同时使镜头结构紧凑、小型化，在大视场光学镜头的设计中，引入标准二次曲面和偶次非球面。根据初级像差理论，分析了非球面的位置、初始结构参数的求解规律。通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化，给出工作波长为0．4～0．7μm、全视场角为80°，相对孔径为1：1．5的镜头设计实例。该镜头由7块镜片组成，包括一个标准二次曲面和两个8次方非球面；在40lp／mm空间频率处的MTF值超过0．85，全视场畸变小于3％，像质优良。

针对用于目标跟踪的大视场CCD相机的特殊结构,为了获得高质量图像,提出了一种基于电子快门无级调节的自动调光方法,即通过实时调整CCD相机的曝光时间来实现快速、高精度调光。文中提出了多区域灰度加权的图像灰度均值提取方法,消除了因大视场CCD相机背景图像数据过多而给自动调光带来的影响。系统采用FPGA内置RAM,通过乒乓缓存策略保证调光算法的实时性。通过对CCD相机的辐射定标和外景成像实验表明：该调光方法在辐亮度为25.697～260.548W/m2.sr区间内具有良好的图像质量,不仅满足调光速度快、实时性好、适应性强的要求,而且与无调光模式工作状态比较,CCD相机的动态范围增大了20倍,满足调光范围宽的要求。

综述了成像光谱仪的发展过程以及空间调制干涉成像光谱仪技术的新原理、新技术、新发展。对干涉成像光谱技术的原理进行了论述 ,分析了Sagnac型和偏振型干涉成像光谱仪的分光机理和成像原理。提出了未来光谱仪技术的发展方向。

对自行研制中的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪（ＳＬＰＩＩＳ）的成像原理、分光机理及大视场补偿方法作了论述，分析了起偏器、分析器的偏振化方向以及λ／２板的光轴取向对干涉图调制度的影响，给出了调制度随偏振化方向、光轴取向偏角变化的函数关系，讨论了最大市制度时的偏振化方向及λ／２板光轴的空间取向，这种成像光谱仪体积小，没有运动部件，且具有广角裣功能，从而显示以型、稳态、大视场的优点。

探讨了设计的大视场复眼定位系统的结构特点、定位数学模型、三维目标阵列、标定方法和定位特点。介绍了复眼结构和系统装置,建立了目标定位和多通道同时标定的数学模型。通过引入分光器,调整目标平面水平移动轴和目标平面的垂直性以及目标平面和复眼平面之间的平行性。然后,使用消逝点和目标共像点求得初始点和初始距离,得到目标平面上每一点的空间三维坐标。最后,求出目标阵列与对应通道的入射角度,提取出对应的目标像点重心,建立了各通道入射角度和像点重心之间的对应关系。实验结果显示,初步标定后的系统能对横向110°、纵向90°视场范围内的目标进行定位,距离定位精度在2%以内。提出的方案基本能满足复眼成像非线性标定的要求,具有一定的操作灵活性。

为了实现某长焦距大视场轻型离轴三反空间相机的光机结构设计，基于SiC材料空间反射镜，采用适合于轻型高分辨空间相机的桁架结构，对离轴TMA系统的支撑结构进行了静力学、动力学建模，优化了结构形式。采用光机热集成分析方法，指导、评价和优化相机光机结构设计过程，提高结构固有频率，增强相机热稳定性适应范围。相机结构设计基频〉93 Hz，在±4℃均匀温变工况和重力作用下，相机光学系统传递函数（MTF）达到0．37；反射镜组件加速度响应最大放大倍数〈6倍。结果表明，采用该方法设计的相机结构固有频率高，重力变形、抗振性能、热变形等方面均能满足使用要求。

提出了一种球面复眼成像系统的结构设计方案。基于电场操控液滴透镜面形可实现变焦的技术，在球壳基底上制作非球面液滴透镜并用电场改变其焦距以满足不同视场角的成像要求．通过折转透镜将不同视场角的入射光聚焦在平面CCD的不同位置。从而在获得大视场的同时改善了边缘光线的成像质量。讨论了非球面液滴透镜的制备过程．设计了球面复眼透镜系统的结构，并利用ZEMAX软件进行光学建模，分析了单个通道的成像性质以及各个通道在成像平面上的位置关系。结果表明：该结构在±45°视场角内对边缘光线的成像质量有明显的改善作用。在大视场成像的同时保持了低像差．可以满足运动目标检测的应用要求。

在地面的目标探测光学系统多采用大口径（〉500 mm）同轴光学系统的前提下,系统探测的大视场和宽光谱就成了亟待解决的问题。设计了附带小口径球面透射校正镜组的折反式光学系统,利用该校正镜组校正了系统由于大相对口径、大视场和宽光谱带来的像差,使系统达到了预定的指标要求。其中只有主反射镜面形为二次非球面,设计参数也易于加工。在相应的实例要求下,用ZEMAX光学设计软件进行了优化评价,并给出了该系统的对星观测结果。该光学系统设计的口径为Ф750mm,相对孔径为1：1.32,视场为4°,光谱范围为500～800 nm,系统实际探测能力在15 Mv以上。该系统结构简单,均采用普通玻璃材料,成本低,成像质量良好。

充分利用CCD技术和计算机的图像处理能力,在满足大多工业精度要求的前提下,研制成了一种低成本、大视场的CCD显微测量仪,用于光学元件的检测.当线视场为10mm时, 该系统的横向分辨率可达12.9μm,精度可达1μm,纵向分辨率可达λ/8,足以满足一般工业检测的需要.

随着CMOS、CCD探测器的广泛应用及其分辨率的不断提高，人们对电视镜头的分辨率提出了更高的要求。将显微工业电视镜头成像原理与传统显微镜进行了比较，并利用光学设计软件ZEMAX进行光学效果的模拟，给出了数值孔径为0．08，光学放大倍数为1，焦距为38mm，视场直径为8mm，全视场角为10°，分辨率为200万像素的光学系统设计结果。所设计的显微工业电视镜头可用于工业生产检测。