设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深.进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6 λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置.对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数.通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果.利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果.结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上.

本文在三色光栅编码摄影技术的基础上提出了新型三色光栅式滤色器，并进一步提出了YIQ色度型滤色器，经原理分析和计算机仿真研究发现，YIQ型滤色器和现行的Bayer型滤色器相比，在保持获取绿色信号上限 频率不变的情况下，提高了获取红蓝色信号上限频率，具有提高现行相机分辨率的潜力。

在分析三色光栅(TCG)编码滤色器用于数码彩色摄影原理的基础上,完成了黑白CCD像面前加贴TCG编码滤色器获得数字彩色图像的实验.通过对三种编码滤色器的结构分析说明TCG编码滤色器具有提高图像分辨率的潜力.采用TCG和Bayer网格两种编码滤色器进行软件仿真获得彩色图像,这两种图像的对比说明TCG编码滤色器具有彩色还原性好的优点,可形成新型数码相机的基础.

提出了非球面人工晶体的设计思路及方法，即根据个体人眼的角膜地形图，将其转换为波前图，获得Zemike系数Z4^0（球差）项，在该球差值基础上设计并得到非球面人工晶体结构参数。对植入9．5D和20．5D人工晶体的两实际患眼成像质量的模拟分析表明：以本文方法设计的非球面人工晶体在对人眼系统的MTF，对比敏感度及离焦MTF的改善上都明显优于传统的球面人工晶体，光学性能良好。本文为非球面人工晶体的设计提供了切实可行的方法，并为其在临床上应用提供了一定的理论基础。

建立了一个基于新型光学／数字成像系统（三次位相板编码系—CPP系统）的信噪比模型．该模型主要考虑了读出噪音及散粒噪音两种探测器噪音，同时加入光学系统调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）的影响，考虑不同空间频率下噪音对信号的影响，推导出频率信噪比模型．利用该模型对一个光学／数字成像系统进行信噪比分析，结果表明，利用该模型进行分析后此光学系统可达到的理论焦深扩展范围为5个波长．

研究了一种双眼瞳孔检测仪，进行了光学系统的设计和理论计算．采用低照度CCD摄像机摄取在近红外和可见光照明情况下的瞳孔像，利用形态学等算法处理图像，可对图像进行直径精确检测和动态分析．实验表明，该仪器在0-200lux照度级下的测量精度可达0．01mm，完全可以满足眼科手术的精度要求．

为提高LED微型投影机中光学引擎的效率和结构紧凑性，研究了自由曲面LED聚光器结构和工作原理，设计了含有折射和反射自由曲面的LED聚光器。采用非成像理论和同时多表面设计方法，计算并获得了聚光器折射和反射两个自由曲面在子午截面内的各点坐标，利用聚光器的旋转对称性得到了其在三维空间内的面形数据。设计结果的光学建模仿真分析表明：所得聚光器能够有效地收集大功率LED光源的能量，并将光束发散角控制在12°内，其光能收集率达到71％。与采用反射式聚光器的设计方案相比，光能收集率提高了20％，而体积则下降了70％，有效地提高了光学引擎的效率和紧凑性。本项设计对LED微型投影仪的小型化具有指导和借鉴作用。