水下光电成像技术可以获取水中目标的高分辨率信息, 在水下资源勘探或水下威胁目标探测告警等民用和军用领域有重要的应用。研究水下光电成像模型, 旨在阐明水下图像退化机理, 获取高质量的水下光电图像。以静态水下光场分布为基础, 通过视线方向上的路径亮度积分获取水下图像, 从而建立水下图像与水下光源分布、目标布置、水体光学参数以及视点位置的关系, 得到水下光电成像模型。以水下实际拍摄的光电图像为例, 初步验证了水下光电成像模型的有效性。该成像模型从理论上说明了在自然光及人工照明情况下的水下图像形成原理, 对设计优良的水下光电成像系统及水下图像复原算法具有指导意义。

为提高海洋气溶胶的反演精度, 定量研究了气溶胶在可见近红外波段的多光谱偏振辐射特性。 首先建立了合理的海洋气溶胶及海面模型, 基于逐次散射法准确模拟了光在气溶胶中及大气—海洋交界面处的矢量辐射传输过程, 接着从光谱角度定量分析了典型波段处的反射率和偏振反射率, 在此基础上提出了海洋气溶胶偏振辐射的光谱分布模型, 并用卫星数据对模型进行验证, 最后研究了气溶胶光学厚度、 观测角度、 海水叶绿素a浓度和海面风速对气溶胶多光谱偏振辐射的影响。 研究表明, 在可见近红外波段不考虑大气吸收和耀斑效应时, 气溶胶偏振辐射的光谱变化符合幂函数模型; 在不同波段处, 海洋气溶胶的偏振辐射受海水叶绿素a浓度和海面风速的影响不同; 海洋气溶胶的多光谱偏振辐射信息有效体现了气溶胶的自身特性, 且与反射率相比, 偏振反射率随各因素的变化存在更明显的谱段差异性。 因此, 可以运用气溶胶的多光谱偏振信息反演海洋气溶胶参数, 多光谱探测的加入对提高气溶胶反演精度具有重要意义。

以辐射传输方程为基础,借助小角度近似条件,利用多次散射递归的逐级逼近来描述水体散射过程,推导得出水下辐射照度以及衰减系数的计算关系.着重讨论了激光在海水中的衰减特性,结果表明随着光学厚度的增加,各次散射光先增大后减小,相对辐射照度基本呈指数衰减,衰减趋势随单次散射反照率或者不对称因子的增大有所减缓.与蒙特卡罗方法模拟的结果进行比较,小散射角条件下多次散射近似方法的计算准确度优于单次散射近似,可以作为分析水下激光传播特性的参考依据.

研究大气偏振光谱在太阳天顶角SZA、 观测天顶角VZA和相对方位角RAA构成的观测几何变化时的特征。 采用离散坐标法求解大气矢量辐射传输方程, 结合真实大气环境与结构参数, 以MODTRAN太阳参照光谱仿真大气层顶初始光谱, 考虑下垫面反照、 气溶胶垂直分层与成分混合比及痕量气体吸收的影响, 仿真计算相对方位角为0°和90°时0.4~3 μm波段大气偏振光谱, 丰富大气偏振光谱信息。 仿真结果表明: (1)相对方位角为0°时, 偏振度DoP和Q/I随SZA的变化分别呈“V形”和倒“U”形, U/I很微弱, 量级低于10-7, V/I在任何观测几何下都很微弱; (2)晨暮时段, 若太阳不在视场内, 大气偏振度在波长0.51和2.75 μm附近为极大值, 在1.5 μm附近为极小值。 因此, 在不同的观测几何条件下, 选择相应的波段和偏振信号, 将有利于实体目标探测。

为了分析复散射对气泡尾流衰减测量的影响，采用小角度辐射传输方程,引入了表征复散射效应强弱的校正因子，通过数值求解分析了典型的尾流气泡尺度分布和数密度条件下复散射校正因子与接收视场角、光学厚度、光束大小和接收截面大小等参量之间的关系。结果表明，接收视场角在前向小角度范围内的变化对复散射校正因子的影响很大，而视场角较大时对复散射校正因子的影响基本相同；光学厚度的变化对复散射校正因子的影响显著，且在光学厚度小于1时，影响更明显；接收截面大小的变化在光学厚度小于1时对复散射校正因子的影响很小，但在光学厚度较大时，对复散射校正因子的影响比较明显；光束大小的变化对复散射因子的影响相对较小，且在光束束腰较大时对复散射因子的影响基本不变。该研究为尾流光束衰减测量条件的选择和优化提供了理论依据。

提出了弱固定敏感参数、控制信息流向目标参数的地表温度反演方法.从热红外辐射传输机理出发, 以MODIS为数据源, 构建辐射传输方程, 同时反演包括地表温度、大气平均温度、中红外(3～5 μm)、远红外(8～14.5 μm)6个波段的大气透过率和发射率共计14个参数.以MODTRAN模拟数据和重庆地区MODIS遥感影像为实验数据, 进行参数弱固定法地表温度反演, 并与劈窗算法反演结果、MODIS温度数据产品及地表实测数据进行了对比分析.实验表明, 参数弱固定法反演地表温度的均方根误差达到0.57 K, 精度优于传统的劈窗算法, 表明了参数弱固定法反演地表温度的可行性.

在Newton-Raphson逆模型框架下，发展了基于稳态辐射传输方程光子输运正模型和代数重建技术的扩散光学层析图像重建算法，并针对小尺寸组织体内部吸收和散射系数同时重建情况下的标准代数重建技术算法进行了改进，数值结果表明改进后的代数重建技术算法重建图像效果优于标准代数重建技术算法.

根据米氏理论，分别计算了由纯水、纯冰和冰水同心球形粒子构成的平面平行、各向同性云层的单次散射特性（单次散射反照率、不对称因子以及单次散射相矩阵）。根据辐射传输理论，利用累加法求解了矢量辐射传输方程，得到了3种不同构成云层的多次散射矩阵，对不同波长的太阳光的反射特性进行了比较。结果表明，反射光的偏振度比强度对云层的微观构成更敏感，并给出了理论解析。

It is well acknowledged that the equation of radiative transfer (ERT) provides an accurate prediction of light propagation in biological tissues, while the diffusion approximation (DA) is of limited accuracy for the transport regime. However, ERT-based reconstruction codes require much longer computation times as compared to DA-based reconstruction codes. We introduce here a computationally efficient algorithm, called a diffusion–transport hybrid solver, that makes use of the DA- or low-order ERT-based inverse solution as an initial guess for the full ERT-based reconstruction solution. To evaluate the performance of this hybrid method, we present extensive studies involving numerical tissue phantoms and experimental data. As a result, we show that the hybrid method reduces the reconstruction time by a factor of up to 23, depending on the physical character of the problem.