根据已测K9玻璃和晶体(ZnS，MgF₂，Calcite)的实验数据，将遗传模拟退火算法应用于修正的Sellimeier方程的参数反演中，建立了上述材料的色散方程。同时比较了遗传模拟退火算法和遗传算法(包括标准遗传算法和多种群遗传算法)在迭代搜索性能方面的差异。结果表明：遗传模拟退火算法的优化效果最优并且性能最稳定。同时，将通过遗传模拟退火算法所得K9玻璃和晶体在某一光谱区域的色散方程应用于其他光谱区域中，发现色散方程的拟合值与实验值符合较好，这表明通过该方法所得色散方程具有较好的外推性。因此，通过遗传模拟退火算法进行色散方程的参量反演方法可以用于其他材料色散方程的拟合。

根据三维重建理论，基于目标的多角度视图，重建了目标表面的三维点云。利用德洛奈三角剖分法结合可见性原理，得到了目标的曲面和曲面面元的法线方向。根据粗糙面散射理论和目标表面的双向反射分布函数(BRDF)，结合大气传输软件Modtran计算的某时间、地点的背景光谱辐射亮度，数值分析了目标光谱散射亮度分布特性。以覆盖车衣的汽车为例，重建的三维几何模型误差为4.11%，数值计算了目标在三个波段的光谱散射亮度分布。上述方法可以进一步用于卫星和其他空间目标的光谱辐射、散射特性研究。

通过对五参数半经验双向反射分布函数（BRDF）模型进行修改，并吸收其它模型的优点，提出了一个六参数BRDF模型，该模型形式更简单，拟合效果更好，并且模型满足了能量守恒和互易性，使该模型更趋于实用化。利用模拟退火算法对多种不同样片的BRDF进行了拟合建模，获得了相应模型的参数值和偏差，结果证明了该模型的正确性，尤其适合对散射特性较弱样片BRDF的拟合建模。对于散射特性较弱的样片，与常用的五参数模型进行了比较，该模型的漫反射部分拟合效果更好，总体精度还略有提高。最后，为了更直观地表示目标样片的BRDF，分别给出了各个角度BRDF的三维拟合图。

采用分光光度计测得了0.5~1.5 μm波段抛光合金铝样片的镜反射率谱，利用常数外推法和幂函数外推法将其进行外推，获得了全波段的镜反射率谱。然后根据克拉默斯克勒尼希（Kramers-Kronig）方法，反演获得了该样片在0.5~2.5 μm波段的复折射率和介电常数，与0.5~1.5 μm波段椭偏仪的测量结果吻合良好。利用基尔霍夫法和反演得到的介电常数，计算了波长1.06 μm时粗糙合金铝样片的散射双向反射分布函数（BRDF），与BRDF测量仪得到的结果吻合良好。利用样片的粗糙度参数和外推的1.5~2.5 μm波段的介电常数，获得了粗糙合金铝样片在该波段的散射BRDF。

基于Cox-Munk海面模型,计算了海面对中波红外(3~5 μm)的反射率.利用双站散射遮蔽函数对Cox-Munk海面反射率模型进行了修正, 数值模拟了反射率随入射角、反射角和风速的变化关系.结果表明, 考虑遮蔽效应后, 反射率较未考虑遮蔽时的变化更为平缓, 且峰值的位置发生变化, 峰值明显减小.

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400～780 nm内的光谱双向反射分布函数(光谱BRDF),分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系。应用改进的粒子群算法,结合双向反射分布函数五参量模型,获得了测量光谱范围内各波长(间隔1 nm)对应的共381组五参量值。利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率(DHR),并与实验测量数据相比较,两者吻合良好,表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性。目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性,对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值。