针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题，提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理，优化设计了折反射超广角成像光学系统，实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量；校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度，校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%，周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%；通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果，证明了所提表面反射光场测量方法的可行性，丰富了粗糙表面反射光场的测量手段，为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。

首先,利用透明物体表面反射光和透射光在垂直和平行方向上的光强分布关系,基于偏振正交分解原理,推导出反射光成分、透射光成分、反射光偏振度、透射光偏振度之间的函数关系。然后,根据相机成像原理,利用表面法向量求解得到透明物体表面不同位置处入射光线和法向量的夹角及入射面方位角,进而归纳出图像中各个像素点的反射光偏振度和透射光偏振度的分布规律。最后,基于反射和透射的偏振特性和相关特性,利用梯度下降算法计算得到反射分量和透射分量之间归一化的互相关最小值,最终实现反射光和透射光的分离,进而抑制了透明物体表面反射光的干扰,这为复杂反射光场景下的目标检测识别及图像匹配等提供了支持。

作物的生物含量与作物的光学特性有直接的关系, 而植物叶片的双向反射分布函数(BRDF)又直接影响植物的光学特性。 植物叶片的BRDF体现了叶片在各个方向不同的能量反射能力, 直接影响植物叶片的光谱检测结果, 也是植被冠层宏观光学特征的影响因素之一。 对植物叶片的BRDF光学特性及表现出的规律性展开研究和讨论, 能够有效提高植物无损检测光谱模型的稳定性和可靠性, 提升利用作物光谱模型反演理化特性的准确性和可靠性。 首先介绍了植物叶片的BRDF快速获取方法及自主研发的方向性光谱检测仪器, 该仪器能够在入射光的方位角和天顶角、 接收探头的方位角和天顶角这四个维度进行调整, 实现多入射角和反射角的反射光谱数据采集。 单子叶植物的叶脉呈纵向分布, 因而体现出较为显著的各向异性, 玉米和小麦是两种较为典型的单子叶农作物。 通过自主研发仪器获取不同波段范围下的玉米和小麦的反射光谱信息, 并分析总结其反射分布规律。 采用文中所介绍的BRDF计算方法对光谱数据以及白板校正数据进行计算, 再结合MATLAB程序对光谱反射数据的图像映射, 对反射结果与叶绿素含量和叶片含水量这两个叶片典型理化参数的相关性进行分析, 最后探讨了采用ANIX系数对叶片的各向异性进行量化分析的方法。 选取小麦在可见光波段以及玉米在近红外波段的数据, 结果表明, 小麦和玉米在各波段下的fr分布均关于入射天顶角两侧微小空间对称, 在相同波段下, 不同入射天顶角下的fr值大小基本一致; 在相同入射天顶角下, 小麦在800 nm波段下的fr值最大, 680 nm波段下的fr值最小, 这是由于680 nm波长附近是叶绿素强吸收的特征波段, 而800 nm附近是叶绿素反射的特征波段, 且在相同波段下, 叶绿素浓度的升高会导致fr值的增大; 在水的强吸收特征波段1 450 nm下, 玉米的fr值随着含水量的升高而增长。 分析表明, 作物的BRDF特性能够有效反映叶片主要生物含量的变化, 同时计算所得到的各向异性指数也体现出一致的变化规律, 为建立稳定且可靠的作物光谱定量分析模型提供了理论和实践基础。

将传统的反射光线与入射光线求交问题转化为反射光线与入射光线所在平面的求交问题并构建线面模型.使用点光源替代传统连续面光源, 通过检测入射光线上两点或多点光源的投射光线确定入射光平面, 通过反射光线和入射光平面求交确定镜面三维点.基于镜面位姿标定方法提出线面偏折术系统的标定方法, 只需一次标定即可用于镜面测量.仿真分析了位姿关系标定结果对系统重建精度的影响.系统测量最大误差为0.25 mm, 误差均方根值为0.073 mm.实验验证了所提方法的可行性, 实验结果表明该方法具有较高的测量精度.

在使用结构光进行三维重建与测量的过程中, 为避免物体表面的反射光产生噪声干扰, 导致错误的三维测量结果, 提出一种在三维扫描系统中用于防止反射光干扰的投影补偿算法, 利用高空间频率投影图案的概念, 对场景中被反射光干扰的点进行去噪。再用统计分析算法对点云数据进行去噪、反馈并得到投影图的掩码图案, 经过多次投影补偿后得到场景的三维点云数据。通过自行搭建的格雷码结构光三维扫描系统对实物场景进行扫描重建。实验表明该系统对于反射光的干扰具有较好的鲁棒性, 且投影数量减少, 验证了算法及系统的可行性。

为了解决光纤传感器波长解调成本高以及交叉敏感的问题, 提出一种温度不敏感光纤曲率传感器, 该传感器是由花生形结构连接一个光纤布喇格光栅组成, 对反射光采用强度解调.光进入花生形结构后激发出包层模式, 通过光纤布喇格光栅反射后, 反射的纤芯模再次在花生形结构产生不同阶次的包层模, 然后和反射的纤芯模耦合, 在反射光谱中除了光纤布喇格光栅的布喇格反射峰外, 在短波长处出现若干个谐振峰, 波长越小, 包层模的阶次越高.实验结果表明曲率的变化范围为0.669 0~1.250 0 m－1时, 测量到反射谐振峰平均光功率为2.260×10－7~1.501×10－7 mW,灵敏度为－1.306×10－7 mW/ m－1, 在温度范围25℃~75℃内, 反射包层模光功率基本保持不变.该传感器成本低且花生形结构制作简单、机械强度大.

在分析四象限位置敏感器件（4QPSD）结构及特点的基础上，利用该器件作为核心探测器，设计了一种光电探测系统，对高分辨率横向位移的探测进行了研究。系统主要包括LED光发射、光接收、信号处理和显示等部分。LED发射的光束经聚焦透镜汇聚后射向反射镜，反射光聚焦到一个4QPSD上，经线性化的信号处理电路处理后，可实现高分辨率横向位移的测量。实验证明：横向位移测量稳定性与精度与测量距离无关，系统的误差主要来自反射镜反射的非均匀性。

腔衰荡光谱(CRDS)技术是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,它实现的关键技术是在腔内激光强度达到 一定值时,迅速将激光关断来探测光强的衰减信号。在激光与腔共振时,腔的反射信号迅速减小可以 产生低电平来触发由TTL信号控制的声光调制器(AOM)关断激光,从而实现CRDS。在关断激光后用快速 响应探测器对腔的衰荡信号进行探测,用Labview软件编程进行数据采集并编程拟合得到腔的衰荡时 间,实验中测得空腔的衰荡时间为2.54 μs。该方法简化了实验装置,可以应用到镜片反射率测量以 及光谱分析应用等领域,具有较高的实用价值。

依据线偏振光反射原理，实现了对介质折射率的测量。使用高准直半导体激光器激光入射到待测样品表面，逐步旋转样品或改变样品表面的入射角，得到待测样品反射光强随入射角变化的关系曲线；当用p线偏振光入射时，曲线上有一光强随入射角的变化趋近于零的点，其对应入射角为布儒斯特角，由线偏振光反射原理可求得样品折射率。用此方法测量了玻璃和棱镜的折射率，测量的结果偏差控制在1×10-3量级，测量的重复性比较好。