研究了地表反照率对天空偏振模式的影响。针对目前缺乏实际环境下不同时间、不同地点单一影响因素的定量测试研究,先运用libRadtran二次开发软件,仿真分析不同地表反照率下的天空偏振模式,然后利用图像式测试系统,分别在草地和沥青地表、海洋和沥青地表进行同步异地测试,定量分析地表反照率对偏振方位角和偏振度的影响。结果表明:地表反照率对偏振方位角分布基本没有影响,分布始终稳定;而地表反照率对偏振度数值有较大的衰减作用,在同一天内同一时刻下,地表反照率越大,最大偏振度值越小;地表反照率相差越大,最大偏振度值的平均减小量越多,最大偏振度值减小的幅度越大。

针对测试环境下偏振光分布模式复杂,特征点发散造成最小二乘法拟合太阳子午线时精度降低的问题,提出了一种基于Hough变换的太阳子午线提取方法。搭建了偏振光分布模式测试系统,利用Stokes矢量原理得到偏振光方位角分布模式,通过设置特征阈值获取太阳子午线特征区域。使用Canny算子检测特征区域边缘,运用Hough变换检测边缘直线方向,结合对称性分布关系获取太阳子午线方位角。通过测试实验,对比分析了所提方法与最小二乘法的测量精确度。实验结果表明,在特征阈值为3<N≤6时,所提方法的测量精确度高于最小二乘法,测量正确度提升了5.53%~87.84%,测量精密度提升了1.81%~92.68%。

研究了气溶胶对大气偏振分布的影响。基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模式,对不同气溶胶条件下的偏振分布模式进行了仿真。利用图像式测试系统,对实际大气条件的偏振模式进行了测试,分析了气溶胶质量浓度变化对偏振模式的影响。结果表明,偏振度受气溶胶质量浓度的影响较大,随着气溶胶质量浓度的升高,偏振度不断变小。当PM10的质量浓度由27 μg/m ³增加到53 μg/m ³再增加到103 μg/m ³,PM2.5的质量浓度由9 μg/m ³增加到28 μg/m ³再增加到66 μg/m ³时,最大偏振度值平均减小了约25%。气溶胶对偏振方位角几乎没有影响,偏振方位角的分布稳定。

采用基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统能够得到物体在非相干光照明下的全息图。对基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统进行了理论和实验研究。利用标量衍射理论计算了该系统在记录过程中的点扩展函数，获得了系统横向放大率及重建距离的具体表达式。搭建了基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统的实验光路，利用CCD记录全息图，用广义相移数字全息干涉术去除孪生像与零级像，并用角谱算法得到了清晰的重建像。实现了分辨率板和洋葱表皮细胞等样品的非相干全息显微成像，验证了该系统的可行性。分辨率板的成像实验表明，该系统的横向分辨率可达512 lp/mm。微米洁面刷软毛的成像实验表明，该系统具有呈现物体三维结构的特性。

当前，数字全息显微主要采用相干性好的激光作为光源，对设备及环境条件要求较高，且会在全息图中引入大量的散斑噪声和寄生干涉条纹。基于非相干光照明下的数字全息可以很好地解决以上问题。采用非相干光作为光源，空间光调制器和CCD组成非相干干涉仪作为全息记录模块，从波动光学角度分析了该模块的记录及再现原理，给出了系统的点扩展函数、横向放大率和再现距离。采用该模块结合物镜搭建了反射式同轴非相干数字全息显微成像系统。利用该系统对分辨率板成像，获得与传统宽场光学显微镜相当的空间分辨率。对300~500 μm单颗粒金刚钻进行全息拍摄，在不同平面实现了数字聚焦。结果表明，该系统可以快速获取微小物体的三维空间信息，在医学检测、材料分析等领域具有广阔的应用前景。

为解决多元分析方法建模成本高及适用性差, 严重制约其在光谱分析领域大量应用的难题, 提出了一种新的多元定量分析方法。 以汽油及其甲基叔丁基醚(MTBE)溶液的红外光谱为研究对象, 使用五种汽油及其窄馏分建立背景光谱空间, 用斜投影算法分离出混合光谱中纯MTBE光谱分量, 建立纯光谱响应值与浓度之间的标准曲线, 相关系数为0.995 2, 截距仅为0.025, 实现了多组分复杂体系中待测物的定量分析。 与正交投影方法比较, 新方法对五个预测样本的预测结果明显优于正交投影法。 对17个实际油样的预测结果显示, 新方法比PLS模型具有更好的适用性。 新方法无需收集大量样本和建立复杂模型, 方法简单, 准确, 适用性好。

诱导期是评价汽油氧化安定性的重要指标。 国内燃油市场汽油流通量较大, 但目前仍采用传统GB/T 8018—87方法测定汽油诱导期, 工序繁琐, 耗时较长, 难以实现对每批油品及时检测, 无法满足汽油品质监管需求。 为此, 本文提出了一种采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)测定汽油诱导期的快速分析方法。 设计和集成了一种采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱的智能型专用燃油品质快速分析系统, 集光谱采集、 数据处理、 显示与存储等于一体。 设计的测样附件由9次反射的衰减全反射(ATR)硒化锌晶体和带密封的不锈钢盖组成, 具有光程恒定, 注样和清洗方便等优点。 研究了光谱扫描次数和重复装样次数对光谱信噪比的影响规律, 确定了最佳扫描次数为15次, 装样次数为4次。 从京津地区收集64个不同牌号、 不同生产时间的汽油样本, 采用GB/T 8018—87方法测定其诱导期数值作为建模参考数据。 使用该系统采集油样红外光谱。 对光谱数据进行均值中心化、 一阶求导预处理, 采用偏最小二乘PLS方法将汽油红外光谱与其诱导期数据进行关联, 建立车用汽油诱导期定量校正模型, 其决定系数(R2)0.897, 校正标准偏差(SEC)68.3 min, 预测标准偏差(SEP)91.9 min。 模型专用燃油品质快速分析系统预测汽油诱导期的相对偏差均小于5%, 满足GB方法重复性允差要求。 与传统GB方法相比, 该方法操作简单, 分析速度快, 单个样本检测仅需3 min, 对油品储运及销售过程中快速准确品质监管有积极意义。