研究了基于主成分分析的多通道光谱图像获取硬件系统即多光谱相机的灵敏度优化问题。利用多维向量空间理论和主成分分析法，系统讨论了多光谱获取系统优化灵敏度的理论和方法。提出灵敏度优化向量的概念，将滤光片透过率优化和光源辐射谱优化两种方法统一起来。利用四种灵敏度优化向量进行了仿真试验，并给出了在主成分分析算法下的实验仿真结果。结论是：多光谱系统灵敏度优化向量的正交化设计是系统光谱图像获取的必要要求；窄带灵敏度中，交叠的灵敏度优化向量具有更好的光谱反射率信息获取能力；在有限数目的宽带滤色片中，挑选滤色片透过率向量可以得到较好的多光谱相机的灵敏度向量。

为了在景物照度变化条件下保持图像特定目标的亮度基本恒定，提升摄像测控系统的性能，提出了CCD电子快门配合分档光圈实现曝光量无级调节的自适应控制方法。该方法针对光圈换档和电子快门动作在延时性能上的显著差异，将光圈换档对光通量的粗调和电子快门时间的精调两者实时配合，来控制曝光量，算法的实际运用需要通过实验建立光圈换档动力学模型。

当前高动态彩色数码相机的光强响应具有强烈的非线性，针对于此，用多项式这种非线性模型对彩色数码相机红、绿、蓝三通道的光强响应特性予以描述。建立了一种利用曝光时间测量CCD彩色数码相机光强响应特性的方法，通过调整快门速度获得不同的光强。同时，设计了标定实验，选用OLYMPUS E20数码相机对上述理论分析成果进行了实验验证，分别采用多项式模型和γ幂模型对实验数据进行拟合。实验结果表明，光强响应标定方法是可行的，多项式模型更适于描述彩色数码相机光强响应特性。

针对激光三角法输入输出关系在大位移小夹角测量中非线性太强的缺点，改进标定方法以提高系统稳定性和测量精度。根据本文的实际情况，从基本的像点．位移曲线关系出发，对公式进行了化简。结合非线性回归分析和逐段逼近的方法，提出新的标定方法。通过非线性回归保证标定的精度和稳定性，逐段逼近对系统误差自动校正。最后进行了大量实验，数据表明该标定方法具有良好的稳定性和较高的精度。该方法采样数据较少，精度高，对系统误差有一定的自动校正能力，特别适合于对大位移测量系统进行快速标定和系统误差校正。

大口径平行光管作为实验室测试和标定必不可少的设备，已经普遍应用于各种光学设备的标定与检测中。但是光管因为震动、温度的梯度变化和空气扰动等影响因素出现离焦现象时，会导致平行光管出射光发散角增大，测量结果可信度降低。针对以上问题，本文提出了一种利用五棱镜作为光反馈元件的小型焦面监测装置，采用CCD作为图像采集装置，利用软件实现系统离焦量的计算，可对大口径平行光管的焦面进行长时间高精度的监测。经过计算机仿真与试验表明：本系统检焦分辨力可以达到45um以内，满足实验室检测设备精度要求

针对大口径大视场望远镜的需求，设计了一种用于大口径望远镜的机械快门，其通光口径可达中200mm，具有快速启停，定位准确，不同倾角下两叶片同开同闭等特点。机械结构设计中采用同步传送带和步进电机作为其传动装置具有平稳、速度快、定位准等特点；步进电机的控制、驱动设计中采用DSP发生PWM脉冲波控制电机的速度与位置；同时采用了指数型加减速曲线实现快门的快速启停。实验结果表明，研制的快门叶片打开或关闭时间达到0．2S，稳定性高，整体结构设计巧妙、紧凑，完全可以满足大口径望远镜的使用要求。

线扩散函数是评价成像系统成像质量的一个重要参数，线扩散函数的模拟分析与验证对成像仪的研制至关重要。本文首先分析中波红外全景成像仪探测器所接收到的辐亮度，从理论上估算了全景成像仪的线扩散函数，然后通过斜缝法加以验证，试验结果证实了理论模型的正确性。并对线扩散函数经离散傅里叶变换计算而得MTF传递函数，结果与理论得出的系统MTF基本符合，进一步证明了这种模拟分析方法的可行性。

对环境微振动干扰进行补偿可减小移相干涉测量的误差,其中振动量的检测是实现振动补偿的前提.以声光调制器作为光学移频器,在移相式平面干涉仪中组合成外差干涉测振系统,可以实现光程差微小变化(范围为0到1/2波长)的实时检测.在外差信号处理中采用单片RF/IF相位测量芯片直接对两路40MHz模拟信号进行比相,简化了通常使用的数字测相方法,其精确测相的典型非线性值小于1度.用该系统实际测量了周期性振动和地面冲击振动对干涉仪的影响,获得了干涉仪所受微振动的幅度和相位.

提出通过光瞳和视场离轴，实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法．在同轴三反射光学系统基础上，将光瞳和视场适当离轴，实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况，导出同轴三反射光学系统初级像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质，进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构，利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320mm，视场（±0．3°）×（±0．6°），焦距1800mm。

为了检测压电薄膜的在电场作用下的微小形变，同时避免基底弯典效应的影响，设计了一种双光束探测干涉仪，通过反馈控制和锁相检测技术，实现了高稳定度、高分辨力的目标，最小可探测形变可达到0.001nm。系统采用计算机控制测量和数据处理，使测量更加佰、准确。