太阳参考光谱是星上辐射定标和波长定标的基准。 太阳活动周期内, 太阳辐照度光谱幅值存在周期性波动, 紫外波段光谱幅值变化达10%以上, 相对于3%的星上绝对定标需求, 太阳的时变特性不可忽略。 针对不同分辨率和采样率的太阳参考光谱, 首先研究了插值间隔和卷积间隔对计算MgII参数的数值影响, 通过分析比较后选择合适的插值、 卷积间隔, 并基于Climate和SORCE的MgII参数时间序列完成太阳周期性变化建模。 然后选择2003年8月21日至2012年4月15日期间80组数据, 每组包含2个不同日期的不同波长的辐照度光谱幅值和MgII值, 针对该80组数据使用一阶拟合取代比值方法计算得到转换因子, 将不同日期的太阳参考光谱幅值修正到同一日期并与实际观测真值比较; 结果表明了一阶拟合与比值方法相比有着更高的反演精度及预测精度。 最后, 基于一阶拟合转换因子和MgII参数时间序列对现有光谱进行时间和格式归一化, 通过分波段筛除偏离较大光谱数据的方法构建了2008年6月25日, 分辨率为1 nm、 采样率为0.1 nm的太阳参考光谱。 原有的12条光谱经过筛除后, 留下全波段均位于中位的光谱6条, 所构建的光谱同筛选出的6条光谱平均值相比, 绝对误差在0.982%以内。 所构建的光谱可以通过MgII参数时间序列和转换因子计算得到任意日期下的光谱。 针对该参考光谱利用KNMI高光谱进行分辨率和采样率提升, 最终基于我国计划发射的风云三号紫外高光谱臭氧探测仪（OMS）在轨观测和星上定标需求, 构建得到了波长范围250～500 nm, 分辨率0.1 nm, 采样率0.01 nm的太阳参考光谱。

通过将像素偏振片组阵列与CCD光敏元耦合对准，对像素偏振成像系统耦合技术进行了研究。针对偏振片组阵列与CCD尺寸不匹配的问题，采用多种工艺方法进行了加工处理，提出了完整的耦合对准工艺。文中研制的成像系统可以通过一片成像探测器同时获得4个不同偏振方向的斯托克斯分量，得到所拍摄物体的线偏振度图像和线偏振角图像，实现图像的偏振增强，经后处理形成所需要的偏振图像，有利于在复杂环境中获取目标信息。

针对半导体激光二极管由束散角大(14°~46°)导致的激光功率密度在传播过程中不断衰减的问题, 提出了一种提高激光功率密度的光束整形方法。首先以X型柱面平凸透镜和Y型柱面平凸透镜对激光二极管输出光束慢轴和快轴方向进行准直, 然后通过一对平凸透镜组合进行扩束, 进一步提高光束平行度, 最后由单片平凸透镜将光束聚焦为高功率密度的光点。采用Light Tools软件仿真光路、优化光学元件参数, 对光学元件进行实际选型后安装并调试光束整形系统。测试结果表明: 半导体激光二极管输出光束的67%激光能量汇聚于直径1 mm圆内, 激光功率密度优于30 W/cm2。

针对光学多图像加密出现的串扰噪声大和复用容量小的问题,提出了一种基于联合功率谱(JPS)分区复用的光学多图像加密方法。该方法首先利用相位恢复算法开展相位模板优化设计,压缩了单通道JPS面积,然后在优化后的相位模板上叠加线性相位,使各通道JPS在频谱面上产生不同的位置平移,再经过窗口滤波,实现无串扰叠加。此外,以“密钥相位核+偏转角数据包”形式进行密钥内容规划,在确保加密方法安全性以及密钥空间足够大的同时,压缩了需传递的密钥数据量。数值仿真结果表明,对9幅灰度图像进行加密,其解密图像与原始图像的相关系数值均达到0.94以上,解密效果显著。当解密质量评判阈值设定在0.95时,灰度图像和二值图像的最大压缩效率因子分别达到12和32,密文压缩能力显著。最后,搭建光学实验系统,进一步验证了该方法的可行性。

根据尾焰中气体的吸收特性, 基于蒙特卡洛法建立了尾焰红外辐射特性模型, 并用该模型计算了某型发动机尾焰在5个不同红外波段的辐射特性(1.32~1.69 μm, 1.56~2.27 μm, 2.27~3.8 μm, 3.8~8.3 μm, 8.3~20 μm).为了验证仿真模型的有效性, 进行了发动机点火试验.试验结果与仿真结果表明该型涡喷发动机在2.27~3.8 μm波段辐射最强, 在长波波段8.3~20 μm辐射面积最大.

针对近红外场景仿真中需要将不同材质分类的问题，提出一种谱聚类的灰度纹理图像分割方法。首先利用mean-shift 算法，将原始图像预分割为多个具有准确边界的同质区域，并将这些区域描述为超像素；进而，将超像素构造的无向加权图作为谱聚类的输入，通过谱聚类的方法解决超像素的过分割问题。本文的方法在谱聚类过程中考虑了超像素的纹理特征，弥补了灰度图像在谱聚类过程中只顾及灰度和空间信息的不足。实验结果表明，利用本文分割方法不但减少了运算量，并且为精细的近红外场景仿真奠定了基础。

针对传统折反射全景成像系统的图像必须依赖展开技术的问题, 提出一种基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计。利用国内首款仿视网膜CMOS探测器各环上像元与周向、径向空间瞬时视场的对应关系, 推导了双曲面反射镜的镜面参数, 构建了基于BIT Retina52探测器的全景成像系统。系统实现了无需坐标变换的全景图像直接输出, 较之传统折反射成像系统, 改善了空间角分辨率变尺度分布问题。

提出一种基于图像的快速、准确测量景物近红外波段反射率的反演方法。采用CMOS 相机对同一光照条件下的待测地物与标准反射率板进行测量，采集近红外波段图像，在校正CMOS 相机入瞳处辐照度与图像灰度关系结果的基础上，建立景物近红外反射率与图像灰度的关系，进而反演出对应景物的近红外波段反射率。结果表明，本文方法与地物光谱仪测量结果的不确定度在10%以内。此外，本文还根据景物近红外图像灰度的分布情况分析了背景、测量方位角等因素对地物反射率测量的影响，为进一步精确测量及相关的近红外场景仿真奠定了基础。

光学加密系统的稳健性直接决定其密文在存储和传输过程中的抗干扰能力,并且通常从密文抗裁剪和抗噪声干扰两方面来衡量。针对联合变换相关器光学并行加密系统的多图并行加密和任意图像再现的功能特点,仿真并分析其稳健性。结果表明,当密文面积受到50%裁剪时,各通道图像解密效果明显降低,部分解密图像与原始图像的相关系数(CC)低至0.2左右。分析其原因并对联合功率谱分布进行优化。仿真结果表明,加密系统不仅稳健性得到显著提升(当密文面积受到60%裁剪时,各通道CC值均大于0.49),且能保持优化前加密系统在抗噪声干扰方面的优势。最后,搭建光学实验系统,验证了该加密系统稳健性提升方法的有效性。