飞秒激光凭借其超短脉冲和超高精度的特性，在微纳加工、光电子器件制造、生物医疗等领域得到广泛应用。然而，飞秒激光直写技术在实际应用过程中仍面临诸多挑战。其配套成像系统在实时监测与拍摄、数据传输效率、智能化目标检测中普遍存在视野受限、传输速度不足和目标识别能力有限等技术瓶颈。为此，本文面向飞秒激光直写的高性能相机成像需求，重点从以下三个方面展开研究：

（1）基于Qt的ICCD（Intensified Charged Coupled Device）/CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）相机多视野成像系统研制。本文设计并实现了一套基于ICCD与CMOS工业相机的多视野成像系统。该系统结合ICCD相机的低光敏、高速连续成像与CMOS相机的低功耗、高分辨率特性，实现对飞秒激光加工区域的精确监测。系统硬件架构包括工业相机、工控机、图像处理工作站、路由器；软件架构基于Linux环境下的Qt框架开发，实现双相机协同控制。为了提升系统的实时性和采集图像数据的同步性，本文采用多线程优化数据采集流程，并针对PCI（Peripheral Component Interconnect）光纤接口和USB 3.0接口相机分别设计高效驱动程序及交互界面，实现对两个相机的同步控制与数据管理。

（2）基于QUIC（Quick UDP Internet Connections）协议的高速图像传输方法研究。为解决多视野成像系统中图像数据传输中的带宽瓶颈和丢包问题，本文研究并提出了一种基于QUIC协议的高速图像传输方法。具体地，在传输过程采用线程池技术提升吞吐率，结合前向纠错码FEC（Forward Error Correction）降低数据丢失率，并使用唯一标识符UUID（Universally Unique Identifier）保证传输数据包稳定性。实验结果表明，在50 ms传输延迟下，相较于TCP + TLS1.2的93.78 MB/s，该方法吞吐量可达113.85 MB/s，传输效率提升21.4%；在10%丢包率场景下，吞吐量从70.57 MB/s 提升至104.33 MB/s，提升约47.8%，显著提升了大规模图像数据的传输效率，并保持较高的数据完整性，满足飞秒激光直写对高实时 性数据传输的需求。

（3）工业相机成像视野中的椭圆目标检测方法研究。面向工业相机成像视野中的椭圆目标检测需求，本文研究并提出了一种基于几何约束与分层聚类的椭圆检测方法。该方法首先利用边缘加权融合和曲线提取技术，增强椭圆目标的边缘信息，然后基于RDP算法进行圆弧分割，并采用梯度和曲率特征进行弧段分组。为了提高椭圆参数估计精度，结合Gaussian Mean Shift来进行分层聚类，并在椭圆验证阶段引入扇区划分和投票机制，增强算法的鲁棒性。实验表明，该方法在不同复杂背景下均能稳定检测椭圆目标，与现有方法相比在检测效率和检测时间之间实现了有效权衡。

综上所述，本文围绕飞秒激光直写的成像需求，开展了多视野成像系统的研制、高速图像传输方法的研究以及工业相机成像视野中椭圆目标检测方法的研究，取得的相关结论和成果有效提升了飞秒激光直写过程中的监测与控制的自动化水平，还可为其他高精度光学成像应用系统开发提供技术参考。