随着文化产业的飞速发展,以数字影像技术为基础的文旅、娱乐、科教类影像工程进入了快速发展期。作为能够有效解决曲面幕映射问题的成像技术——非相似成像技术越来越多的得到运用。应用非相似成像技术的投影系统,一般采用失对称的投影机布局、曲面幕、鱼眼镜头或具有超广角特征的投影物镜,这样的系统以牺牲物像相似性为代价,来营造特殊视觉效果并换取投影配置方案的简单化及观众席位布局的合理化,因此,会导致系统“物-像”光学共轭关系复杂,常规的系统方案设计方法和常规的镜头映射规律往往不能高效地解决系统工程问题或不能兼顾像素利用率最大化原则。本论文致力于非相似成像技术研究,涵盖投影系统的光路参数求解、特殊性能和特定映射规律的鱼眼镜头研究、镜头像面相对照度分析等内容。为了快速求解多通道曲面幕投影系统的各种系统参数,提出快速求解系统参数最佳解的方法——二维扫描法,即,首先分析系统内各种参数间的函数关系,给出重要参数的确切表达式,在取得表达式的基础上,应用仿真或计算软件,编制扫描计算程序,以投影机位置参数为变量,进行二维数据扫描,结合参数最优判别原则,找到系统参数最佳解。为了解决鱼眼镜头匹配不同类型和规格投影机的通用性问题,提出设计通用型变焦鱼眼镜头的基本方法,用最简单的结构形式,实现通用性目的。基于投影鱼眼镜头自身特性和通用性特点,确定目标系统所应采用的光学结构类型,又通过优选配置二组元变焦核初始条件参数等策略,对补偿组的位移曲线进行线性改造,使得两条凸轮曲线可同步构造为标准螺旋线;通过合理控制前固定组球差及后固定组焦距,使变焦过程中的像面保持稳定。为了提高鱼眼镜头在单通道球幕放映系统中的像素利用率,提出二向异性鱼眼镜头的设计理念,使之在相互垂直的两个向度上,相同的最大视场角对应固定的像高比。通过理论分析柱面透镜的特性,给出柱像散对各向度焦距的函数关系,也给出弧矢和子午二向度共面成像的焦距配置关系;对二向异性鱼眼镜头结构进行分析,通过在镜头结构中引入柱面透镜,使之具有各向度差异化的渐变式焦距,实现弧矢和子午两向度的像高差异,形成二向异性的映射规律。为了提高大视场比单通道环幕投影系统的像素利用率,讨论二向异性环幕投影鱼眼镜头的结构构造方法,使之在相互垂直的两个向度上,不同的最大视场角对应固定的像高比,形成二向异性的映射规律,给出构造环幕二向异性鱼眼镜头的基本步骤和程序。为了量化分析幕上亮度分布规律,找到具有广角特征的投影物镜像面相对照度计算方法,提出基于孔径光阑约束模式的矢量光线追迹计算光通量的方法,通过矢量分析和推导,给出孔径光阑约束的轴外视场光束在第一光学面上形成的照射区的特征点坐标及照射区面积表达式;依据朗伯体辐射条件和规律,建立相似成像和非相似成像条件下的物镜像面照度分析模型,分别推导出像面照度及相对照度表达式;给出光学设计过程中提高像面相对照度的基本方法。