北京理工大学光学成像与计算实验室的主要研究方向与兴趣包括但不局限于：光学设计、自由曲面光学、虚拟现实与增强现实、计算光学与计算成像、机器学习等。
依托光电成像技术与系统教育部重点实验室、北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心、虚拟现实/增强现实技术及应用国家工程实验室，本实验室近年来承担或参与的科研项目包括：国家重点研发计划项目（3项）、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目及其它国家自然科学基金项目（4项）、国家重点基础研究发展计划（973计划）项目、以及其它10余项面向重要工程应用的横向/纵向项目。
主要研究方向
虚拟现实与增强现实头戴显示技术
增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术被认为是继智能手机之后的下一代计算平台。超轻薄、大视场和像质优良的智能显示技术作为AR/VR的核心技术，是当前AR/VR领域的重要发展方向之一，也是实验室的重要研究方向。
自由曲面光学
自由曲面的提出和应用被认为是光学设计界的一次革命性发展，在天文望远、光学遥感、预警成像、VR/AR、光谱分析等科研、工业、教育、娱乐等各个方面有突出应用前景。实验室面向自由曲面成像系统与非成像系统设计两方面开展研究，包含设计方法、像差理论、优化策略、公差分析、系统研制、精密加工检测等各个方面。
光学设计
除了近眼显示和自由曲面光学外，实验室面向其它各类型光学系统的设计开展研究，相关成果已经得到了成功推广应用。
计算光学
计算光学通过数学、光学与计算机的深度交叉与融合，突破常规光学的极限，实现以前无法实现的新性能，内容包含计算光传输、计算照明（面向3D成像）、计算显示及计算成像的新理论、新算法、新机制与新系统。