针对现有大气偏振模式理论模型单独考虑太阳或月亮的影响，无法充分描述晴朗天气下黎明和黄昏过渡期间天空偏振模式的问题，提出了一种曙暮光影响的大气偏振模式建模方法。该方法引入太阳和月亮的影响，以太阳和月亮位置求解的Stokes矢量为基础，同时考虑了实际天空中大气粒子多次散射的因素，对Stokes矢量优化；分析太阳和月亮对大气偏振模式的影响，确定了太阳和月亮的影响权重；利用偏振角表征大气偏振模式。结果表明，所提模型的仿真结果与实测偏振角具有相同的分布和变化特性，且保持着较高的相似度，能够有效地表征曙暮光影响的大气偏振模式。

利用图像离焦线索生成对应深度图像的方法因其快速、方便目前被广泛使用，但是离焦图像在离焦程度过高或过低时通常会丢失图像的深度信息，导致生成的深度图像不符合实际使用要求，因此需要对这些图像进行判别分离，但现有方法对不同场景的离焦图像模糊程度判别精度不足，缺乏统一标准，无法有效对离焦图像进行判别分离处理。针对此问题，提出一种融合图像灰度比值的离焦图像自动判别方法，首先，通过分析并利用离焦图像不同区域的梯度特征、频域特征，对图像模糊区域和清晰区域进行有效区分。其次，融合上述特征图像获取融合图像，因离焦图像的模糊区域和清晰区域离焦程度相差较大，表现在融合图像中两部分灰度值对比明显，因此利用融合图像两部分灰度平均值的比值作为判断离焦程度的衡量标准，当离焦图像该比值超出设定的阈值标准时，则认为该图像不满足深度图像生成条件，该图像将自动进行分离。最后，对比现有清晰度评价函数与本文方法对相同场景与不同场景、不同离焦模糊图像进行模糊程度的判别结果，发现所提方法可以较为准确快速地判别相同及不同场景下离焦图像模糊程度，有效分离不符合条件的离焦图像，提高深度图像的生成效率。

大气偏振模式为仿生偏振光导航提供方向基准。在大气偏振模式测量系统中，当偏振片透光轴的起始方向与相机的偏振参考轴之间存在偏差角时，测得的大气偏振模式偏振角分布会出现太阳子午线弯曲的现象。为了解决偏差角对大气偏振模式测量产生的影响，通过建立偏差角误差模型，针对偏差角对大气偏振模式测量精度的影响进行了详细的分析；并提出了利用大气偏振模式特征校正偏差角的方法，利用大气偏振模式的中性点和对称性特征获取偏振角分布的最优对称轴，实现对偏差角的校正。实验结果表明，通过对偏差角的校正，能够提高大气偏振模式的测量精度。

针对视场中光源对成像的影响问题,提出了一种新的抑制光源干扰的水下图像复原方法。建立了考虑光源干扰的水下成像模型,利用光源辐射图像和无光源影响图像的梯度分布不同的特点来分离光源辐射,在获得的抑制光源影响的水下图像中,利用最大值滤波和中值滤波分别估计出全局背景光和水下透射率,有效地降低了视场光源对参数估计的影响。实验结果验证了抑制光源干扰的水下图像复原方法的有效性,能够显著提升水下场景的可视性。此外,该方法在无光源影响的水下图像中也取得了良好的复原效果。

为了提高偏振去雾方法对大气光估计的准确度,提出一种基于大气光偏振层析的雾天图像重构方法。在偏振空间下,将大气光梯度先验信息作为约束条件,对原始雾天偏振图像进行分层,估计大气光偏振图像;然后从大气光偏振图像中解析大气光,实现对大气光的偏振层析;最后,结合所提雾天图像偏振重构模型,并在大气光图像中估计无穷远处大气光,实现对雾天图像的去雾重构。实验结果表明,所提方法提高了大气光估计的准确度,进而使重构图像更清晰、目标还原度更高,且适用于不同浓度下的雾天图像重构。

为了提升微偏振片阵列型长波红外成像系统精度, 在误差分析的基础上, 针对入射光偏振信息计算问题, 提出了一种偏振定标方法.通过确定像元级响应值与入射光功率的关系, 引入广义光学透过率, 不依赖大规模方程组运算, 实现了消光比、偏振方向的计算, 获取了微偏振片穆勒矩阵内各元素值.用固定盲元干扰下的超级像元内偏振信息计算法完成入射光偏振信息计算.实验结果表明, 该定标方法可有效降低误差干扰, 提高微偏振片阵列型长波红外成像系统探测精度.

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。

光束在自由空间中传输时, 其偏振特性随传输距离和光源参数的改变显示出不同的变化规律。为了研究其变化规律, 以偏振相干统一理论为基础, 仿真分析了各向同性和异性光束在自由空间传输时的偏振度变化规律。结果表明, 光束在自由空间中传输时, 光谱总密度随着传输距离的增加而逐渐降低, 偏振度在经过长距离传输后会达到稳定; 波长及光斑影响偏振度达到稳定状态距离, 相干长度影响其到达稳定值的大小。对于非偏振和全偏振光束在自由空间传输时, 只在特定条件下光谱的偏振度会保持不变。