随着科技进步,数字成像系统已经广泛被运用到各种场合。由于数字成像系统中固体成像传感器的象素大小有一定限制,根据采样理论,混频现象导致的莫尔条纹和伪彩色不可避免。为了消除数字成像系统中的混频现象,各种光学低通滤波器件应运而生,但是关于光学低通滤波器的滤波理论,尤其是嵌入了光学低通滤波器的数字成像系统的滤波理论长期处于空白状态。鉴于数字成像系统的蓬勃发展和光学低通滤波的不可或缺,为了填补这一空白,我们对数字成像系统中的混频现象进行了深入的研究,向国家科技部申请了题为“数码相机/数码摄像机用光学低通滤波器研制与开发”的国家高技术研究发展计划(863计划)项目,并获得了立项(项目批准号:2004AA001019)。我们从空间域和频率域两个维度,对双折射分光滤波机理以及相位光栅分光滤波机理进行深入研究。通过对一维双折射平板的研究,得到双折射平板厚度、转角、法线角等参数与MTF关系并以通项公式表达,利用该通项公式,可以得到任何结构的双折射光学低通滤波器的滤波性质。通过对一维相位光栅的研究,我们得到了一维相位光栅周期数、相位光栅与固体成像传感器的距离、蚀刻深度、蚀刻占空比等参数与相位光栅光强和MTF的关系,并用Matlab给出了模拟结果。由于任何的光学低通滤波器件都要与前端的光学系统和后端的固体成像传感器配合使用,因此,研究光学低通滤波器与前端的光学系统和后端的固体成像传感器的匹配理论有着重要的现实意义。我们利用MTF构建了一个二维的嵌入光学低通滤波器的数字成像系统模型,首次研究得到了任何结构的光学低通滤波器与前端光学系统的匹配关系曲线,并且通过实验验证了该模型和理论的正确性。依赖此模型和研究结果,我们有效解决了光学低通滤波器与光学系统的匹配问题,为现实环境中的数字成像系统光学低通滤波器的选型和优化提供了指导意义。面对今天单反数码相机的飞速发展以及成像要求的不断提高,我们将信息理论引入数字成像系统的光学低通滤波理论中,利用信息理论首次构建了完整的数字成像系统模型和评价函数。利用该模型和函数,我们研究了针对100%填充因子(对应单色CCD)和25%填充因子(对应彩色CCD或者CMOS中的R、B两种颜色)的固体成像传感器的最优光学低通滤波设计,该优化设计的结果较常规设计对整个数字成像系统的信息密度有着明显的改善。此外,利用该模型还研究了离焦对数字成像系统的光学低通滤波的影响。最后,根据我们所研究的光学低通滤波理论和国内大规模产业化的现实条件,我们选择了双折射光学低通滤波器作为产业化产品。针对产业化过程中的实际需要,我们编写了双折射光学低通滤波器的设计软件,将双折射光学低通滤波器的设计工作智能化、简便化。还自行设计并实现了产业化中需要的双折射光学低通滤波器批量在线实时光点阵测试仪,填补了国内该测试仪器的空白。