系统地探究了典型多光谱彩色成像系统的最优光谱通道数的确定问题。在前期多目标滤色片优化选取方法的基础上，将仅限于相同通道滤色器优化的概念拓展至不同通道数最优滤色器的优化，从而达到最优通道数确定的目的。基于Munsell光谱反射率数据集构建光谱反射率成像目标，通过真实CCD成像传感器的光谱灵敏度、D65光源的光谱功率分布以及高斯滤色器模型和最大线性独立滤色器选择算法，在10个噪声水平下实现了3~31个光谱通道，即29个虚拟多光谱相机对成像目标的光谱反射率重建的仿真计算。结果表明，通道数小于8时，5通道滤色器表现最优；和A光源相比，D65光源下的5通道最优滤色器的最大带宽达到80 nm，性能有显著的提升。

农药残留污染使得食品安全获得广泛关注, 发展快速准确和高灵敏的农药残留检测新方法, 具有一定的理论和实际意义。 利用金纳米在聚集和分散状态下, 等离子吸收光谱的变化以及荧光分子罗丹明110与金纳米吸收光谱产生内滤效应, 设计了比色和荧光双模式光学传感器用于农药残留的高灵敏检测。 采用柠檬酸盐还原法合成直径约13 nm表面带有负电荷的金纳米粒子, 在水溶液中呈分散状态, 呈酒红色, 溶液的最大吸收波长在520 nm处。 农药分子可与金纳米通过形成Au-N或者Au-O配位键而结合, 导致分散的金纳米在农药分子诱导作用下发生聚集, 溶液颜色逐渐由酒红色变为蓝紫色, 520 nm处的吸光度逐渐降低, 根据溶液吸光度的变化即可实现农药含量的测定。 溶液颜色的显著变色即便裸眼也可以观察, 该检测方式具有简便、 快速和成本低的优势。 尽管单一的比色检测模式简单, 但存在假阳性的可能。 为进一步验证结果的准确性, 同时提高检测的灵敏度, 在金纳米溶胶中引入带正电的荧光染料罗丹明110, 其吸附在带负电荷的金纳米表面, 此时金纳米在溶胶仍处于良好的分散状态。 由于罗丹明110的荧光光谱与金纳米的吸收光谱重叠, 即二者发生了荧光的内滤效应, 此时溶液的荧光强度很弱, 甚至不发射荧光。 一旦溶液中存在农药分子, 与金纳米表面的荧光染料竞争吸附, 从而诱导金纳米聚集, 溶液由酒红色变为蓝紫色, 同时释放到溶液中的罗丹明110分子的荧光得以恢复, 根据溶液吸光度和荧光强度变化实现对目标物的比色和荧光双模式检测。 以辛硫磷为模型分子, 测试该传感器的各项性能, 比色法和荧光法的检出限分别为15.0和4.0 nmol·L-1, 实际样品测试结果表明, 该传感器在食品安全检测中具有一定的应用潜力。

研究了基于多通道发光二极管（LED）的光谱优化模拟方法。根据光谱的线性叠加原理，将各色LED光谱导入程序，通过编程使模型在指定色温条件下输出显色指数、光效、色容差等最佳组合，以指导多通道LED照明产品调光调色应用。实验结果表明：暖白光LED与RGB（Red，Green，Blue）光混合后，在3000~5000 K色温范围内具有最佳的光度色度参数组合；在5000~8000 K范围内，冷白光LED与RGB光的混合效果最佳。探讨了各最优光谱组合解的视觉功效及非视觉功效，对光谱的最优解进行了实验验证。

对新型色貌模型CAM16的颜色空间均匀性进行分析评估,发现该模型颜色空间仍旧存在视觉均匀性不够理想的问题,这将会影响跨媒体颜色再现的准确性,导致相同颜色在不同观察环境下产生色差。为此,通过BFD色差数据集对该模型进行优化,以修正视觉均匀性,进而提出更为均匀的色貌模型CAM16-J'a'b',同时采用国际通用的芒塞尔表色系统对优化后的颜色空间进行均匀性检验。结果表明,优化后的颜色空间均匀性有所提高,为跨媒体颜色再现研究提供了参考。

水环境中Hg(Ⅱ)的污染对生态环境和人类健康危害极大, 目前Hg(Ⅱ)的检测主要有原子光谱/质谱和电化学等方法, 但存在检测仪器昂贵、 操作繁琐及前处理复杂等缺点, 难以在日常水环境中微量Hg(Ⅱ)现场检测的应用。 因此, 建立一种灵敏、 准确、 快捷和经济的水中Hg(Ⅱ)检测方法具有重要意义。 试纸法是将普通的化学反应从玻璃仪器转移到试纸上进行的一种快速检测方法, 利用试剂与目标物之间产生的化学反应, 通过颜色的变化可对目标物进行定性或半定量检测, 具有操作简便、 快速等优点。 碳量子点是一类粒径小于10 nm的碳基纳米材料, 具有优异的荧光性能、 较低的毒性和较高的化学稳定性。 利用Hg(Ⅱ)对碳量子点的荧光具有灵敏和高效的猝灭作用, 构建了一种双色比率荧光试纸片用于快速检测水中微量Hg(Ⅱ)的含量。 其中, 采用氮掺杂水溶性碳量子点(NCDs)作为荧光响应信号、 罗丹明B(RhB)作为荧光内标信号, 在单一波长(355 nm)激发下产生位于440和580 nm的双色荧光发射峰。 当体系加入不同浓度Hg(Ⅱ)后, NCDs表面官能团与Hg(Ⅱ)之间的静电作用和金属配位协同作用使荧光发生猝灭, 而RhB的荧光信号保持不变, 利用440和580 nm双色荧光信号或其强度的比值(F440/F580), 可实现对微量Hg(Ⅱ)的快速检测。 实验对检测条件进行了优化, 结果表明在HAc-NaAc缓冲液浓度为1 mmol·L-1、 pH为7的条件下, F440/F580值与Hg(Ⅱ)浓度(0～3 μmol·L-1)呈现良好的线性关系, 线性方程为F440/F580=-0.785 2ｃHg(Ⅱ)+3.103 8, 相关系数r＞0.99, 以3倍标准偏差计算的检出限为2.7 nmol·L-1(n=9)。 对湖水与自来水中Hg(Ⅱ)进行加标回收实验, 其加标回收率在91.9%～117.9%之间, 说明该方法灵敏、 准确, 能用于水中Hg(Ⅱ)的检测。 同时, 将NCDs和RhB浸渍于尼龙片上构建了双色比率荧光检测试纸片, 在紫外灯(365nm)照射下可观测到试纸发射淡蓝紫色荧光。 而随着Hg(Ⅱ)浓度的增加, 荧光颜色从淡蓝紫色到橙色发生变化, 每次检测时间只需3分钟, 裸眼可检出Hg(Ⅱ)浓度低至10 nmol·L-1, 实现了对水中微量Hg(Ⅱ)的灵敏、 快速检测。 此外, 该方法对Hg(Ⅱ)的检测表现出良好的特异性。 因此, 基于碳量子点和罗丹明B构建的双色比率荧光试纸片具有携带方便、 操作简单, 以及灵敏和快速等优点, 为水中微量Hg(Ⅱ)的快速检测提供了新的方法和思路。

基于双目视差的光栅式自由立体显示器技术已逐步成熟,为了定量研究颜色对自由立体显示器视觉舒适度的影响,需要对显示器进行颜色特性化。实验研究了一台彩色有源矩阵薄膜液晶光栅式自由立体显示器的通道独立性、色品恒定性和颜色特性化精度。结果显示:该显示器在三维(3D)模式下的通道独立性较差,而在二维(2D)模式下的通道独立性非常好;无论3D还是2D模式,该显示器的色品恒定性均非常好;该显示器3D和2D模式下增益-偏置-伽玛(GOG)模型的特性化精度分别为3.64和0.99Δ E*ab(CIELAB 色差),查找表(LUT)模型的精度分别为2.36和0.65Δ E*ab。显示器在3D模式下受到串扰的影响,因此其颜色特性化精度低于2D模式,其中LUT 方法的特性化精度可基本达到颜色视觉实验的要求,但要实现立体显示下的颜色精确预测或控制,还需要寻找其他更高精度的特性化方法。

为了定量分析不同防蓝光眼镜的使用对屏幕显示画面彩色三要素的影响, 分别采集6 500K和5 000K色温下的OLED屏幕与LED背光的LCD的光谱分布, 以及当前销量较大的5种不同材质防蓝光眼镜透射率数据, 通过OriginPro拟合、色度软件分析、Matlab计算, 定量比较5种防蓝光眼镜对不同色温下两种屏幕1931 CIE XYZ色坐标、主波长、饱和度及光通量的影响, 结合人眼分辨率对计算结果进行分析。结果表明, 5种眼镜对屏幕色坐标Z值降低效果相差最大值高达1 881倍, 相同色温同一眼镜对LED背光的LCD屏的防蓝光效果略强于OLED屏; 5种防蓝光眼镜对色温为5 000 K的LED背光的LCD屏幕主波长影响不大; 能过滤掉色温6 500 K的OLED屏幕99.626 %蓝光的眼镜, 可使其饱和度增加22.7倍。能过滤掉色温6 500 K的LED背光LCD屏幕99.59%蓝光的眼镜, 可使其色温下降为原来的0322倍, 均严重影响屏幕的显示效果。该研究方法与结论可为相关产品的使用和研发提供借鉴。

连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器, 该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液, 利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积, 并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度, 利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面, 为了便于收集, 利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释, 稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3~50 mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖, 实验选取了1~50 mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量, 根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型, 结果表明该酶比色检测方法在1~50 mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度, 测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制, 为糖尿病的诊断提供依据, 在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。

为了定量分析屏幕贴膜前后彩色三要素的变化，分别测量不同色温（2 700~6 500 K）下液晶显示器（LCD）与有机发光二极管（OLED）屏幕的光谱分布。根据聚对苯二甲酸乙二醇脂树脂（PET）及脉冲电子束沉积（PED）贴膜透射率数据，拟合屏幕光谱分布及贴膜透射率函数表达式。计算并定量比较两种贴膜对不同色温下两种屏幕1931 CIE XYZ色坐标、主波长、饱和度及光通量的影响，结合人眼分辨率对计算比较结果进行分析。两种贴膜可分别使LCD色坐标Z值降低0.001 4、0.000 6，使OLED Z值下降0.000 2左右，降幅不随色温变化；色温5 000 K时，两种贴膜均使LCD主波长降低1 nm，OLED主波长增加1 nm；当色温设置低于5 000 K时，两种贴膜分别可使LCD饱和度增加约0.37%、0.17%；两贴膜可使不同色温LCD及OLED光通量分别下降11.9%、1.46%。PET贴膜对光通量的影响，人眼能够明显辨别。以上结论可为屏幕贴膜的选择与使用提供依据，分析研究方法可为相关产品的研发提供借鉴。

物体的反射光谱数据能够反映其表面情况和光谱吸收特性, 利用该数据可辨别人眼难以直观发现和识别的伪装目标, 并定量表示不同的目标船只与海洋背景的差异。从色度学角度出发, 提出了基于颜色和光谱特性的两个特征评价参数, 即色差和光谱匹配系数, 以这两个评价参数作为评价伪装系统效能的参考指标, 对目标船只和我国东海南部海域的海洋背景进行相应的颜色特征提取, 并分析比较目标船只与海洋背景的反射光谱分布, 对目标进行伪装效果评估。结果表明, 通过景物的反射光谱数据, 以色差和光谱匹配系数为评价指标, 为海面船只隐身效果评估提供了新的技术途径。同时, 初步提出了目标识别概率公式, 给出了相应的实验结果, 为更加准确的隐身效果定量评价提供了参考。