本文主要围绕人眼的色差与高阶像差，应用人眼波前像差技术，构建个体化的眼球模型，对明视觉、中间视觉下色差与高阶像差对视觉质量和焦深的影响以及它们之间的相互作用进行研究。　　为研究明视觉状态下，轴向色差（ LCA）、横向色差（ TCA）和色差（LCA+TCA）分别对视觉的影响，构建三类个体化眼球模型，即视轴与光轴相重合、视轴与光轴有夹角以及含仅消轴向色差元件的视轴与光轴有夹角眼球模型。在视轴与光轴有夹角的眼模型中，设计了一款折射/衍射混合消轴向色差元件，能够在消除轴向色差的同时保持横向色差不变，构建仅横向色差的眼模型。进而，将实际测量的不同水平的人眼高阶像差数据沿着三类眼模型的视轴方向分别引入，以调制传递函数（MTF）和频域视觉斯特列尔比（VSMTF）为评价函数，定性定量地研究高阶像差、色差、轴向色差、横向色差对视觉质量和焦深的影响，以及它们间的相互作用。研究表明，明视觉下，对于多数人眼，色差对视觉的影响远大于高阶像差的影响，并且色差的存在进一步抑制了高阶像差的影响。色差在提高人眼焦深上起主导作用，高阶像差的存在进一步提高了焦深。在色差对视觉的影响中，轴向色差是具有统治地位的因素。横向色差对视觉的影响相近于正常水平的高阶像差的影响。轴向色差存在的条件下，横向色差的影响可忽略。　　在中间视觉下，研究不同水平的高阶像差和色差对视觉的影响。利用中间视觉光度学模型MES2，确定了中性白光LED照明下，处于中等道路照明亮度等级的中间视觉光谱光效率函数。进而，依据实际测量的人眼高阶像差数据，构建中间视觉下视轴与光轴有夹角的个体眼球模型。根据神经对比敏感度函数（NCSF）随亮度的变化机制，确定了中间视觉下 NCSF曲线。以 MTF曲线和VSMTF为评价函数研究色差和高阶像差对视觉质量和焦深的作用。研究表明，中间视觉下，色差的影响更多体现在中、低空间频率段，正常水平以及大水平的高阶像差对色差系统的高空间频率部分影响显著。伴随着视锐度（VA）一定的损失，高阶像差对色差系统的焦深提升有重要的作用。　　为了辅助静脉穿刺及相关的医疗操作，提出了一款基于投影式头戴显示器（HMPD）的静脉显像系统。应用光学设计软件ZEMAX，设计了相应的光学系统，包括近红外成像系统和穿透型 HMPD。优化设计近红外成像系统使其具有F/2.6的大数值孔径，有利于弱反射红外光的收集成像。穿透型HMPD采用与近红外成像系统相同的光学结构，有利于简化系统的加工装调。设计结果表明，近红外成像系统成像质量优异，分辨率达到QXGA（2048×1536）。穿透型HMPD具有18 mm的大出瞳直径及25 mm的大出瞳距离，场曲小于0.03 D，畸变小于0.32％，达到QXGA分辨率显示模式。应用照明软件TRACEPRO，模拟得到了照度均匀的皮肤表面。与现有的静脉显像系统相比，本显像系统结构简单紧凑、佩戴舒适，且具有超高分辨率，是一款适用于辅助医疗的目视系统。