散射成像 面向云雾、烟尘等自然场景散射介质及生物组织等动态散射介质，建立散射光场传输模型，探究非侵入式高分辨透过散射介质成像技术，实现“穿云透雾”成像效果。为自动驾驶、全天候成像及生命科学提供技术支持。

偏振成像 挖掘光波偏振信息后的物理意义，构筑基于偏振信息的新型矢量光场传输计算模型，打破三维成像中成像距离与三维分辨率之间相互制约问题，在自然场景中实现目标的被动式三维成像。

计算光学系统设计 以计算成像理论为依托，颠覆传统的光学系统设计方式，探索以信息传递为基础的计算光学系统基础理论、设计方法及典型应用。

水下计算成像 将计算成像技术与传统水下成像技术相结合，研究水下光场传输模型及光场调控与解译新方法，实现水下远距离高精度成像探测。

计算高分辨率成像 将光学合成孔径技术与相位复原等图像处理算法相结合，研究基于光场调制与解调的成像新体制如傅里叶叠层成像，解决卫星遥感、气象预测、灾害预防和生物医疗等领域的高分辨率成像需求。

图像信息智能处理技术 将图像处理与人工智能深入融合，面向工程应用中超分辨率、超高动态范围清晰成像的需求，研究基于深度学习的图像信息智能处理技术，实现远距离超高分辨率的清晰化成像。

生物医学光学成像 将光学成像技术应用于生物医学基础研究和临床诊断领域。研究高光谱显微成像、荧光光谱和荧光寿命成像等技术及其生物医学应用，并与人工智能相结合，实现图像融合、处理与分析计算。