基于多目标优化方法,针对几个常用于评价多光谱相机性能的参数峰值信噪比(PNSR)、拟合优度系数(GFC)、CIE色差评价系数(CIEDE2000)和均方误差(MSE),及其对应的最大值或最小值,按照最优排序集分的方法,得到了各评价参数均可以得到较好取值的最优滤色器。和前期研究相比,待选滤色片数量由45增加为1035,同时成像场景的反射率样本数量由24增加为1269。结果表明,待选滤色片数量和反射率向量空间增加后,最优滤色器的性能更好;同时描述最优滤色器的光谱透过率向量矩阵自身的三个参数即滤色器向量矩阵的条件数(Cond)、峰值均匀度指数(UF)和相邻滤色片交叠度指数(OLP)的数值也更加稳定。实验结果可为通过滤色器向量矩阵定量选取宽带多光谱滤色片提供参考。

研制了一种新型光谱感光仪，其特点是宽光谱 (340 nm~900 nm)，大曝光面 (202 mm×90.5 mm)，且面上具有多阶梯光强；制备具有 18级光密度值的高精密阶梯光楔板，每个台阶的光密度值误差不大于 0.01；根据光源的光谱特性镀制滤光膜，消除光栅二级光谱。自动控制采集系统采用 LabVIEW与 PLC一体机开发，水平方向采用光栅位移传感器构成闭环控制，波长定位偏差小于 0.05 nm；竖直方向采用线性补偿方法，高度位置偏差小于 0.05 mm。仪器能够自动测量光楔板上不同波长不同光强区域的单位面积光功率，用快门控制曝光时间，在宽光谱范围内对感光材料进行一次曝光。在显影定影后，用光密度计测量其光密度值，根据国标 (GB10557-89)绘制出感光材料某一确定光密度值的光谱灵敏度曲线。

空间辐射基准对卫星观测气候变化的研究具有重要意义,空间辐射基准的建立不仅可以提高卫星自身观测的相对精度,而且还能通过基准传递来满足其他卫星的在轨溯源需求,用于基准传递的空间高光谱基准遥感器的光谱分辨率对传递相对精度有重要影响。分别利用MODTRAN模式和AER LBL模式的模拟结果作为高光谱遥感器的太阳反射波段和地球热发射波段的代理数据,分析了光谱采样对光谱辐射观测结果的影响以及光谱采样差异引起的辐射基准传递的不确定性。考虑5种下垫面和6种大气条件,对比了不同光谱采样间隔下光谱辐射的差异,并利用敏感性实验的方法,以MERSI-II为目标遥感器,评估了空间辐射基准交叉传递的光谱不确定性。结果表明:光谱采样间隔越大,光谱辐射的差异越大,在气体吸收区、绝对辐射低信号区、近紫外太阳光谱暗线区的最大辐射差异可达100%;在大气窗区,当太阳反射波段的光谱采样间隔优于4 nm时,基准传递的不确定性小于0.3%,当地球热发射波段光谱的采样间隔优于2 cm ^-1时,不确定性可小于0.1 K;在近紫外太阳光谱暗线区和气体吸收区,太阳反射波段的基准传递对光谱采样十分敏感,当采样间隔为4 nm时,中心波长为1.38 μm的通道的不确定性可达40%,当地球热发射波段在7.2 μm水汽弱吸收区时,光谱采样间隔优于0.8 cm ^-1才能满足不确定性小于0.1 K的需求。

在设计三通道非成像氧气吸收被动测距系统过程中，确定各通道光电倍增管的绝对光谱响应率对确保系统测距精度具有重要意义。为了克服光电倍增管灵敏度高、易饱和而导致的单色光功率测量困难的问题，提出了一种光电倍增管绝对光谱响应率测量方法。在该方法中，利用积分球与可调狭缝构建通量可调的系统光源，利用响应率已知的标准探测器测量单色光源辐射功率。搭建了光电倍增管绝对光谱灵敏度测量系统，并对三根滨松H10722-01型光电倍增管模块进行绝对光谱响应率测量。同时，为了检验该测量方法的有效性，在外场条件下开展了近程被动测距实验，将测量得到的光电倍增管绝对光谱响应率作为三通道被动测距系统各通道的光谱响应率参数。实验结果表明：在60～300 m范围内，测距平均相对误差为6.25%。实验结果证明了该绝对光谱响应率测量方法的有效性。

光谱灵敏度是数码相机的一项重要参数,利用光谱灵敏度,可以较为快捷地实现传感器响应值与颜色刺激值之间的转换。根据数码相机的成像原理,使用卤钨灯、单色仪、分光辐射亮度计等搭建实验光路,对Canon 500D和Nikon D7000两台商用数码相机进行光谱灵敏度的测量实验,获得形状及平滑度不同的三通道光谱灵敏度。在标准光源下进行24色卡的拍摄和光谱取样,对两台数码相机的RGB测量值及基于光谱灵敏度的预测值进行比较,分别获得平均值为1.7%和0.5%的相对误差。

分析了光学材料的正常色散与反常色散特性, 证明了基于光学材料色散特性的干涉仪可以实现慢光与快光的结合。理论分析了基于快慢光技术的Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪的光谱灵敏度, 与具有相同结构的传统M-Z干涉仪和仅依赖于慢光技术的M-Z干涉仪相比, 基于快慢光技术的M-Z干涉仪的光谱灵敏度大幅提升。

为了测量数字相机传感器的光谱灵敏度, 提出了一种数字图像测量方法。在自然日光下, 用被测相机采集一副标准色卡的图像, 在对图像进行均匀性和线性校正后, 从标准色卡图像各色块的相机响应中计算出光谱灵敏度, 并在不同的照明光源下, 用成像方法验证数字图像测量方法与传统的单色仪测量方法的结果, 比较了两种测量方法的优缺点和精确度。实验结果表明, 两种测量方法均能获得较高精度的光谱灵敏度。

为了测定感光材料的光谱灵敏度，通过Code V、SolidWorks 软件优化设计了一套感光材料光谱灵敏度测定曝光系统。分析比较了在不同入射角、不同光栅线数情况下系统光路结构的差异，确定入射角25°、光栅线数为350 L/mm 是系统的最优设计。实验结果表明，设计的曝光系统能够产生一个宽201.5 mm，高80 mm，覆盖360nm~900 nm 光波长的矩形光谱，经过一个18 等级台阶的灰度片使得光谱功率能在0.52 mW~10.65 mW 之间进行调节，光谱分辨率能够达到0.021 nm，满足曝光系统的设计要求。

光纤表面等离子体共振传感器具有体积小、抗电磁干扰,可以实现在线实时远距离检测的优点.为提高传感器的性能,建立了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感的物理模型,分别研究了侧边抛磨光纤的剩余厚度、银膜层的厚度对传感器的灵敏度、共振峰的深度和半高全宽等的影响.结果表明:光纤剩余厚度越小,表面等离子体共振现象越强;随银膜层的厚度增大,共振峰的宽度变宽,而传感器的灵敏度呈现非单调变化.通过综合表面等离子体共振传感器的折射率传感灵敏度和共振峰半高全宽,提出了质量因数作为传感器的优化指标,并最终得到最优化的设计方案为光纤剩余厚度为66.5 μm,银膜的厚度为50 nm,此时质量因数达到98.67.

表面等离子体共振传感是基于光学消逝波与金属表面等离子体波共振的一种高灵敏度、 快速、 无标记的测量方式。 光纤的表面等离子体共振传感具有在线测量、 体积小、 抗电磁干扰等优点。 为提高折射率传感灵敏度, 采用轮式侧边抛磨法抛磨掉多模光纤的全部包层和部分纤芯, 并采用溅射法在光纤抛磨区先镀高折射率的铬层然后镀金膜, 制作了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感器。 研究结果表明: 该传感器可实现液体折射率在1333～1431 RIU范围的测试, 平均光谱灵敏度为411×103 nm·RIU-1, 在1417～1431 RIU折射率范围内光谱灵敏度达109×104 nm·RIU-1, 折射率测量范围和光谱灵敏度均优于已报道的结果。 此外, 该传感器具有良好的稳定性与重复性实验测试, 最小分辨率约为36×10-5 RIU。 该传感器光谱灵敏度高、 检测范围大、 尺寸小及良好的稳定性与重复性等优点, 可被用于食品检测、 环境监测、 生物医学检测等相关领域。