金國藩教授自六十年代起開始從事光學儀器及應用光學的研究。側重于精密測試技術與光學信息處理。先后主持20余項科研項目的研究，尤其在光柵測量機、光盤技術、激光陀螺、計算全息、雙折射雙頻激光器、新型印刷網屏，舌診自動識別系統，光計算及二元光學等科技領域取得顯著成就，做出重大貢獻。培養碩士生博士生共40余名，發表論文300余篇，專著3本，譯著2本。
60年代初，他主持并參加的國防工業重點項目 --- 劈錐三座標光柵測量機是我國研制成功的第一臺大型精密光柵測量儀器，提供給441廠和218廠使用，使測量效率提高數十倍，當時達到了國際先進水平，為打破國際封鎖為我國國防工業提供了重要的測試設備，于1978年獲全國科學大會獎。
70年代，他主持開展了現代光學及其應用方面的一系列重要課題研究，在計算全息領域有很深的造詣。出版了國內迄今唯一的《計算機制全息圖》專著，開創性地將計算全息用于制作凹面全息光柵及合成孔徑雷達信號光學處理等方面。其成果獲國家教委科技進步二等獎。
80年代以來，他率先開展了光信息處理及微光學領域的研究，先后完成多項國家自然科學基金和863項目，取得一系列開創性成果:
(1)采用摻鐵鈮酸鋰晶體及角度復用技術在國內首先實現了在單點位置上存儲并恢復了1000幅數字圖象。為了承接973國家重大基礎研究項目"新型超高密使超快速光信息存儲與處理的基礎研究"奠定了基礎。
(2)光學子波變換及其在圖象的紋理分割，特征提取，目標識別等方向進行了創新性研究。培養的博士生獲第一屆全國百名優秀論文獎;
(3)在光計算"光子二維并行處理系統"的研究中采用數學形態學原理及子波特征提取實現了快速目標識別。專家鑒定認為，對我國光學圖像處理研究方面做出了顯著貢獻，成果居于國際先進水平，其中，特別是在用光學數學形態學方法實現了人臉識別方面屬國際首創。
(4)提出了應用雙折射原理實現頻率分裂的新技術，研制出構思新穎的雙頻激光器。獲得國內及美國專利各一項，并獲得國家教委科技進步一等獎。
(5)基于衍射光學理論，創立了多種二元光學器件的物理模型及優化算法，為光互連、光通信、慣性約束核聚變及精密測量等領域設計研制了實現光束變換與校正、分束與合束、準直與長焦深等特殊功能的十余種器件，其中有些器件已提供國內外十余個單位使用。出版了國內唯一的《二元光學》專著。該項目獲得國家科技進步三等獎和國家教委科技進步二等獎。
(6)與李景鎮等人合著的《激光測量學》獲第四屆國家圖書獎提名獎及全國優秀科技圖書獎暨科技進步獎(科技著作)二等獎。
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