获取果实生长期的外形参数指标，监控果实发育状况以及提取水果特征尺寸用于品质分级是农业中的一项重要工作。传统测量方法易损坏果实表面形态，基于二维图像特征处理的非接触式测量方法在测量各形态参数（尺寸、体积等）上具有局限性，针对该问题，提出一种自适应双向切片的非接触主动结构光式橙子外形参数三维测量方法。首先，使用主动结构光三维相机获取橙子三维点云，再利用搜索包围盒法计算其高度和直径；然后，为提高切片利用率，引入自适应条件判断相邻切片垂直面积变化率与阈值的关系来自动更新切片及更新多边形面积以计算切块体积；最后，通过累加法计算完整的橙子体积，且最终的计算值由双向计算得到的体积的均值确定。通过橙子仿真模型和两组类别真实橙子数据集上的验证，对计算值与真实值进行了回归分析。结果表明，平均耗时不大于8.354 s，其各指标的决定系数均高于0.95，橙子高度、直径及体积测量误差相较其他方法减少3.5%、0.9%、0.7%和3.6%。

为研究机制砂粒形表征方法及特点, 采用集料图像测量系统(AIMS)和数字图像处理(DIP)技术测试了5种机制砂的颗粒形态。基于现有研究存在的不足提出了一种改进的粒形测试方法, 并研究了不同粒形表征参数之间的关系。结果表明: 随着粒径范围从大到小, 机制砂的棱角性呈先增大后减小的趋势, 而二维形状值无明显变化规律; 0.3~0.6 mm的机制砂可以反映整体粒径范围的棱角性; 通过单次投影进行图像处理获取的粒形参数有较大的波动范围, 无法准确判断机制砂的颗粒形状; 纵横比与凹凸度有较强的相关性, 粗糙度与纵横比、圆度、凹凸度的相关性较强, 而分形维数与其他几种参数都不具有相关性; 通过改进的DIP技术得出的粒形评价结论与AIMS得出的评价结论一致, 具有一定的可行性和推广价值。

为实现旋翼的遥感探测分类与识别, 对基于微多普勒效应的扩展旋翼面目标激光回波特征开展研究。采用物理光学面元法构建了运动扩展旋翼的相干激光探测微多普勒回波模型, 分析计算了旋翼激光角度散射特性, 证明远场条件下旋翼各处回波反射率一致。对三种典型形状旋翼的激光探测回波进行了仿真, 通过平滑伪魏格纳维利(SPWV)变换得到了扩展旋翼的时频特征。电磁散射机理证实各频率带的产生与旋翼结构形状相关, 且桨叶数量以及整体平动速度并不影响旋翼形状在时频图中的特征表达。据此提出了旋翼形状参数的激光探测求解方法, 通过仿真验证了展弦比、根梢比以及桨尖后掠角三种参数算法的正确性, 为后续的旋翼探测识别奠定了基础。

采用三维时域有限差分法, 数值研究了等高、等体积下不同形状金属纳米颗粒的局域表面等离子体的共振性质及其规律, 得到了面形状因子对共振波长的影响关系。研究表明, 沿偏振方向的形状变化对共振波长偏移有重要贡献, 在空气中, 确定金属纳米结构局域表面等离子体共振波长的形状参数L可采用偏振方向上的纵横比和面形状因子描述, L可以拟合为纵横比和面形状因子乘积的线性函数。得到了等高、等体积下不同形状金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振的电场能量和共振波长的关系, 面形状因子越小, 形状越尖锐, 电场能量越高, 共振波长红移。研究结果为进一步了解金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振性质提供有益的参考。

推导了任意形状金属纳米结构的局域表面等离子体共振波长的解析解，分析了金属纳米结构的形状对其消光特性的影响。计算与分析结果表明，在空气中(折射率n=1.0)，某种金属的纳米结构的消光光谱谐振波长仅与形状有关，形状参数L可以拟合为宽高比的二次函数，且二次项的系数代表了金属纳米结构的尖锐程度，形状越尖锐，谐振波长便越长。共振波长的研究对根据需要合理设计金属纳米结构具有重要的指导意义。