时空上下文 (STC)跟踪算法在特征表达、尺度自适应策略等方面存在缺陷，当出现目标突然形变、局部遮挡或尺度变化等情况时，跟踪器的性能会严重退化。通过对 STC算法进行改进，提出了一种融合颜色直方图响应的时空上下文跟踪算法。基于颜色统计的模型对运动模糊和目标形变等影响因素不敏感，和时空上下文模型具有良好的互补性质，在响应层融合后能够提升算法的鲁棒性。此外，采用基于多尺度金字塔模型的尺度搜索策略替换 STC算法中原有的尺度估计策略，进行更精准的自适应尺度估计。在大规模公开数据集上的测试结果表明，本文算法在不同影响因素的复杂环境下展现了更为良好的跟踪性能和适应性，并且平均跟踪速度达到 134.2帧/秒。

大气偏振模式中包含了丰富的空间方位、地表特性以及大气层结构参数等信息，在偏振光导航、遥感探测等领域都具有重要的研究价值，但经典的理想大气偏振模式仿真模型同实际分布模式之间存在明显差异，不能准确表征混浊大气偏振模式的全局分布特性。因此，提出了一种混浊大气偏振模式的建模方法，该方法以三维天球大气模型为基础，用Monte Carlo方法模拟太阳光在大气中的传输过程，实现了对混浊大气偏振模式全局分布的建模。实验表明，建模仿真结果同混浊大气偏振模式的分布规律一致，偏振度分布模式同实际分布高度吻合，偏振角分布模式同实际分布模式具有相同的分布和变化特性，利用该模型可对混浊大气的偏振模式分布与变化特性进行分析和预测。

中性点是大气偏振模式的重要分布特征之一，在偏振光导航、大气环境监测、遥感探测等方面具有重要价值。在分析大气偏振模式的偏振度分布特性和中性线分布特性的基础上，提出了两种中性点检测识别方法，实现了对中性点的自动识别。实验结果表明，两种方法均实现了对实际大气偏振模式中性点的识别。其中，基于中性线相交特性的中性点识别方法具有较高的精度；基于偏振度分布的中性点识别方法具有较好的稳定性，在正午时分，优于基于中性线相交特性的中性点识别方法。综合运用两种方法，可以进一步提高对中性点的检测与识别精度。

利用交替追赶有限差分技术处理近轴标量波方程，建立了一种三维有限差分光束传播法。此方法收敛性好，可处理具有较复杂折射率分布的波导结构，并且在计算规则波导时传播方向的计算步长可取得较大。利用这种方法对电光诱导光波导器件和单模光纤的传输特性进行了分析。