针对能见度真值难以确定和能见度仪测量结果难以评价的问题，提出了一种基线长度改变的能见度测量和评价的方法，并采用整体最小二乘拟合方法来降低基线长度的定位误差和透射率测量误差对消光系数的影响，提高了消光系数的测量精度。为验证方法的有效性和评价该方法在不同能见度条件下的测量性能，设计了移动测试平台，在大气模拟舱模拟了一次能见度由高到低持续变化的过程，采用多点多次测量的方式测量了环境的消光系数及能见度。实验结果表明该方法在不同能见度条件下，均有较高的测量稳定性和一致性。确定系数随能见度的降低而增大，能见度大于3000 m 时，确定系数也达到0.9以上，低能见度时可以达到0.99。各种能见度条件下，单位权方差在10^-4~10^-2之间，表明该方法测量的离散性很小，测量精度高，可作为能见度仪校正和标定的参考。

针对波前曲率传感自适应光学，介绍了基于拉普拉斯算子本征模式的波前闭环校正原理，理论分析了波前校正误差。建立了61单元自适应光学数值仿真模型，进行了大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真。仿真结果与误差理论分析一致，当模式数量较少时闭环校正精度较低，而数量过多时产生的模式耦合误差也会导致校正误差增大。通过分析模式数量与复原矩阵的条件数之间的关系，给出了一种简便的最佳模式数量选择方法。

研究了亚波长光栅的衍射对抗反射和增强透射性能的影响。理论分析表明，如果要达到抗反射和增强透射的双重效果，需要避免衍射引起的横向波导损耗，光栅周期要足够小；而如果只需要达到抗反射效果，可利用光栅衍射形成横向波导共振降低反射效率，此时光栅周期不需要很小。利用严格耦合波理论对周期、占空比及凹槽深度等结构参数进行优化。采用激光干涉光刻法制作了周期为290 nm的一维浮雕光栅，并测试其透射及反射光谱，结果表明这种结构在大角度范围内对可见光波段有明显的抗反射效果，但是只有波长在非衍射区才具有透射增强效果，而在衍射区透射降低。该研究实验和理论分析相一致，研究结果为根据应用要求合理选择光栅周期、降低制备工艺提供了清晰的物理图像和参考。

基于相干检测的正交频分复用技术是未来高速光通信技术的重要解决方案之一，由于相干光检测系统结构复杂不易实现，因此采用副载波外差检测技术检测副载波正交频分复用光信号。建立了大气湍流信道系统传输模型，推导了子载波平均载噪比(CNR)和平均误比特率(BER)的闭合表达式，数值分析了本振光功率和调制系数对系统平均误比特率的影响，并通过仿真实验进行验证。实验结果表明，与直接检测相比，副载波外差可以进一步提高平均载噪比，提升系统误码性能。当接收光功率为微瓦量级时，本振光功率约为-11 dBm，此时可获得最佳平均载噪比，当本振光功率大于-11 dBm 时，随本振光功率增加平均载噪比逐渐降低，平均误比特率升高。弱湍流条件下，当接收光功率大于-17 dBm 时，平均误比特率为10-5以上，此时可以保证无线光通信系统的可靠性。

面对100 Gb/s光纤传输系统性能监测需求，自主研制完成高速线性光采样模拟前端。其内部由1个被动锁模光纤激光器产生脉宽为2 ps、重复频率为96.25 MHz 的采样光脉冲，待测偏振复用四相移键控(PDM-QPSK)信号和采样光脉冲进入光混频器后完成偏振相位分集探测，利用模拟带宽为400 MHz的平衡探测器完成光电转换后，将4路模拟信号传入主机进行数字化处理，获得高速光信号时域分析结果。通过优化设计，实现被动锁模光纤激光器的脉冲功率、中心波长、重复频率稳定输出。利用商用128 Gb/s PDM-QPSK 信号对工程样机和安捷伦调制信号分析仪N4391A 展开对比测试，测试结果表明工程样机可获得相同的时域参数分析结果。

针对多光谱通信的需求，设计了一种光栅型光谱波分复用可见光通信光学天线。相比同类多光谱通信光学系统，该光学天线具有信道数多、增益大、效率高等优点。经过理论分析，提出了采用双柱面镜结合反射式光栅的天线结构，在光谱维保持较高的光谱分辨率，增加信道数，提高系统的通信速率；同时缩小光斑空间维的大小，提高系统的增益。仿真分析表明，该光学天线可以同时高效地对8个不同的单光谱信号进行探测接收，视场角高达18°×0.4°，增益为12.6，信噪比高达48.28 dB，天线尺寸为9 cm×12 cm。最后，根据设计仿真制作了原理样机，实验结果显示该光学天线可以清晰地分开多光谱信号并实现探测接收，信号间没有产生串扰，信噪比较高，适用于多光谱波分复用通信系统。

设计了基于法拉第旋转镜和三端口环形器偏振态一致的级联时分复用系统，其输出所有光脉冲偏振态一致，极大的提高了时分复用系统的偏振态稳定性，并对时分复用过程中时间和幅度调节误差对复用精度的影响进行了频谱分析，说明其功率密度只在基频率整数倍频点变化，进而采用频谱分析仪对时分复用过程中的时间、幅度误差进行实时检测和动态调节，对5级32倍时分复用检测。结果表明，该时分复用系统的有效位数达到了6.15 bit。

自干涉非相干数字全息可记录和再现非相干光源照明下物光场信息。但基于目前理论的重建算法对待测光场的不同纵向深度层面进行聚焦重构时，聚焦面信息会受到离焦层面光场信息的干扰。基于压缩感知理论，根据自干涉非相干数字全息的光学记录与再现过程，建立与该物理过程相适应的传感矩阵，从理论上构建实现光场分层重构的数值重建算法框架。基于自干涉非相干数字全息光路，以多个不同纵向深度的LED 点光源构建物光场，分别进行计算机数值模拟及实验研究，并且深入讨论光场层面再现距离与各实验参数之间的关系，指出增大各光场层面再现距离间差距的方法。理论及实验研究结果表明该方法可重构不同纵向深度层面的三维物光场，并有效抑制离焦层面光场信息的干扰。

在数字共焦显微技术的图像反卷积复原中，三维点扩展函数(3D-PSF)空间大小的选取与图像复原效果有密切的关系。依据显微镜三维成像原理以及3D-PSF模型，分析了显微镜3D-PSF的能量分布和3D-PSF空间大小的关系，提出了一种通过复原效率与能量关系曲线拐点进行能量阈值确定，以实现3D-PSF空间大小选取的方法。模拟了生物光学显微镜3种不同数值孔径(放大倍数)物镜下图像的采集和3D-PSF的生成，获取不同能量大小3D-PSF对细胞三维仿真图像的反卷积复原结果。提出的方法为三维显微图像反卷积复原中3D-PSF的自动选取奠定了基础。

Offner成像光谱仪在大色散需求下成像质量不足并且易发生光线遮挡，为此设计了一种基于罗兰圆条件的非共面Offner结构光谱仪。分析并推导出了一种非共面Offner结构成像光谱仪的消除像散及彗差同时解决光线遮挡的设计方法。使用该方法设计出光谱范围为350~1000 nm，色散宽度为12.6 mm 的成像光谱仪。在奈奎斯特频率(30 lp/mm)下其调制传递函数在全视场、全光谱范围优于0.78，点列图均方根半径优于4 μm，同时，系统的谱线弯曲及谱带弯曲均小于1%像元尺寸。最后，将非共面Offner结构成像光谱仪与传统Offner结构进行对比，结果表明，在高光谱分辨率需求下，当入射狭缝较小时，非共面Offner结构光谱仪具有更好的成像质量，并且在谱线弯曲及谱带弯曲的控制上具有优势，可用于小体积高光谱分辨率成像光谱仪器设计。

啁啾脉冲频谱干涉仪是一种常用的高时间分辨连续测试仪器，但是时间分辨能力和测试量程之间的相互制约关系限制了其在超快变化、大时间尺度物理过程研究中的应用。利用线性啁啾脉冲序列和耦合光谱仪的条纹相机记录系统，设计了一种扫描频谱激光干涉仪。通过理论分析和数值模拟研究了扫描频谱激光干涉仪的工作原理，论证了其可行性，该干涉仪可以实现相位扰动信号的精确测量，且具有相当于啁啾脉冲频谱干涉仪的高时间分辨能力和数倍的测试量程。数值模拟分析了条纹相机采样时间对扫描频谱激光干涉仪测量结果的影响，发现在无噪声情况下，采样时间对测量结果的影响可以忽略，但是当存在数据噪声时，测量误差会随着采样时间的减小而增大。

大口径反射镜组件检测存在的设备昂贵、环境要求苛刻等问题。基于S-H波前传感器的子孔径拼接检测技术，对其拼接算法进行改进，提出混联拼接算法，有效减小拼接导致的面形检测误差。该方法结合自准直波前检测系统和高精密二维扫描系统形成大口径反射镜反射面形拼接检测系统。对比实验表明，该系统测量误差为0.072 λ，满足高功率固体激光器对大口径反射镜组件装校过程面形控制的要求。

针对传统线阵CCD 测量方法仅适用于静态图像采集或低速位移测量的问题，在分析CCD 动态测量过程中动态误差产生原因的基础上，提出一种驱动时序互相推延的多个CCD 同步测量方法。该方法实现了在一个积分周期内的等时间多个位移值测量，等效于减少单个CCD 积分时间，从而提高线阵CCD 的动态测量范围。设计了一个由5个线阵CCD 沿圆周均布的，时序推延的角位移传感器，并完成相应实验系统的搭建。通过与高精度圆光栅在不同速度下动态误差的检定，得出随着运动速度的提高，时序推延测量方法的动态特性要明显优于传统测量方法。结果表明，时序推延测量法在30 r/min 时与传统方法10 r/min 的动态误差水平相当，验证了时序推延测量方法对提高CCD 动态特性的可行性。

基于相位测量偏折术(PMD)测量原理，提出了一种简单、可靠、精度高的三维面形检测新方法，可以运用于非球面反射镜精磨与粗抛光阶段的面形检测。所提检测方法通过利用入射光线、小孔坐标，以及虚拟的辅助表面来得到待测反射镜面的绝对高度和梯度。测量时，在CCD 相机前放置一个小孔光阑来实现小孔成像模型，并以该小孔的位置作为相机的位置，同时利用相移法并通过移动LCD 显示屏一次，获得摄像机上每个像素点所对应的入射光线。该方法对实验设备的位置无特殊要求，不需要辅助器件，检测过程简单，检测结果可靠。而且，该检测方法采用虚拟的辅助表面对反射镜面进行检测而不是采用入射光线与反射光线的交点，不需要对相机光线进行标定，检测结果受标定误差的影响很小，所以该检测方法具有很高的检测精度。计算机仿真与初步实验验证了该方法的可行性。

比值辐射计是一种监视漫反板双向反射分布函数(BRDF)在轨衰变的有效装置，太阳观测通道相对几何因子(简称几何因子)是比值辐射计在轨应用前需要精确测量的关键参数之一。对比值辐射计工作原理进行了介绍，在实验室内以卤钨灯代替室外的太阳对比值辐射计几何因子进行了重复测试，根据几何因子统计结果结合测试误差进行比值辐射计470、650、825 nm 波段几何因子测试不确定度的分析。结果表明，比值辐射计几何因子测试不确定度在470 nm 波段为0.48%，在后两个波段均优于0.16%，符合该参数的测试需求，为后期星上定标不确定度的评估以及星上定标系数的获取提供了有效的数据支撑。

在光注入半导体激光器中，为了更好地利用单周期振荡的单边带效应产生光载无线通信(RoF)系统所需的单边带光，通过数值模拟的方法研究产生单边带效应的注入条件和影响因素。通过在不同注入强度和频率失谐下仿真光注入半导体激光器的速率方程，找到了产生单边带效应的条件范围。选取弱注入与强注入两种特定情况分别研究各参数对产生单边带效应的影响。结果发现，无论是弱注入还是强注入时，单边带效应都随偏置电流和线宽增强因子的减小而更加明显。弱注入时单边带效应随频率失谐的增大而变好，而强注入时需减小频率失谐才能得到较好的单边带效应。此外，强注入时单边带效应还会随着腔衰减率的增大而增强。因此，要想获得好的单边带光，需选取合适的激光器类型与外部注入参数。

在几何光学近似下，研究了非稳腔中的离焦像差的演化，解析地给出了正支共焦非稳腔中离焦像差的线性修正公式。结合氧碘化学激光器的模拟结果表明：光腔的放大率越小，像差演化的影响越明显；变形镜直接放在凹面镜处的补偿效果最好。对比直接补偿，考虑像差演化的补偿可以使光束质量的β值平均降低35%。

基于蒙特卡罗算法及ASAP 光学软件构建了完整分析万焦耳级激光主放大器抽运动力学过程的模型。该模型包含三维空域和一维时域，分析计算了包层完全吸收时不同抽运时刻通光面上的储能分布，其变化趋势与文献报道结果相同，验证了建模的正确性。通过对比包层完全吸收和部分剩余反射时的平均小信号增益系数，发现当剩余反射率低于0.05%时，两者区别并不明显。考虑包层部分反射后平均小信号增益系数的计算值比测量值4.42/m 偏小6%，分析其原因主要在于模型计算过程中的采用部分近似、未考虑自发辐射的光谱宽度以及钕玻璃中存在的亚表面缺陷等。

当量子点粒度分布为高斯分布时，应用有效质量近似，在低浓度掺杂范围内，得到了量子点荧光辐射谱线形函数与量子点尺寸之间的一般关系，解释了尺寸涨落对线形展宽的影响。对II-VI族的CdSe 量子点和IV-VI族的PbSe量子点的数值计算表明：量子点荧光谱线的半峰全宽、荧光辐射强度、峰值波长等与实验结果基本一致。量子点尺寸的粒度分布对荧光辐射谱线展宽有较大的影响。荧光辐射谱展宽是一种非均匀展宽。

报道了通过Nd2O3掺杂实现对CaCu₃Ti₄O₁₂ (CCTO)介电陶瓷在太赫兹(THz)波段介电常数和损耗的调制。采用固相反应法制备了Nd₂O₃ 掺杂的CCTO 样品。结构分析表明Nd 离子掺杂不影响陶瓷的主晶相结构；形貌表征显示Nd 离子掺杂的CCTO 陶瓷晶粒尺寸随掺杂质量百分比增加而呈现先增大后减小的趋势，对晶粒有明显的细化作用；THz测试结果显示CCTO 的实介电常数与晶粒尺寸变化趋势相反；介电损耗和晶粒尺寸变化趋势相同。结果表明，通过Nd2O3掺杂调制CCTO 晶粒的大小，能够实现对THz波段的介电调制功能。

利用透射电镜、近红外吸收谱、荧光光谱和时间分辨光谱等技术，在室温下测量离散在正己烷有机溶剂中，不同粒径的PbSe量子点的吸收谱和荧光谱，给出了第一吸收峰和荧光峰随粒径变化的经验公式。通过对瞬态荧光衰减曲线的测量和分析，得到了PbSe量子点的荧光寿命，其寿命与量子点的表面缺陷有关。在研究的粒径范围内，由于荧光跃迁仅为带间直接跃迁和仅为缺陷态跃迁两种极端情况，可得荧光寿命最宽分布区间位于1.44~11.96 μs。荧光寿命弱关联于粒径，并随粒径的增大而呈线性减小。当PbSe 量子点的粒径为2.7~5.7 nm 时，其实测的平均荧光寿命为7.17~6.72 μs。

基于改进的平方算符方法和傅里叶配点法，研究了二维宇称-时间(PT)对称的三角-高斯晶格势中二极、三极和四极光孤子的传输特性。结果表明：三极孤子的光场分布随参数变化而变化，不存在稳定的三极孤子；二极、四极孤子的功率随传播常数的增大而增大，随调制深度的增大而减小；孤子稳定性决定于晶格的调制深度和传播系数，对于给定的调制深度，孤子存在一个稳定性范围；当调制深度增加时，二极孤子的稳定性范围先减小后增大，而四极孤子则先呈波浪式增大后减小。

为了测量毫秒脉冲激光辐照非透明材料的在线应力及应力应变演化的过程，基于光学干涉理论，针对大功率固体激光器与材料的相互作用，采用马赫-曾德尔干涉的方法，得到了材料损伤的干涉条纹。通过对干涉条纹变化的分析与处理，可以得到材料在线应力及其演化过程。基于光学干涉理论，选择单晶硅作为实验材料，建立comsol仿真模型，并在理论及仿真的基础上开展实验。实验与仿真的r(x)方向误差在11.7%~33.91%之间，z(y，z)方向误差在20.25%~31.34%之间，说明用马赫-曾德尔干涉的方法测量非透明材料的应力具有可行性。实验研究为激光与非透明材料作用过程中在线应力损伤及演变过程研究提供了一个新的方法。

大口径星敏感器已成为卫星导航领域的迫切需求，根据大口径和轻量化的研究目标，采用R-C系统和球面补偿透镜组相结合的结构型式，设计了一个视场1.8°、焦距719 mm，入瞳直径164 mm，工作波段0.45~0.9 μm的折反式大口径星敏感器光学系统，采用像方远心设计，降低了像面离焦对能量质心位置计算的影响，同时提高了像面照度均匀性。根据像差理论计算初始结构参数，利用光学设计软件CODE V 进行了光线追迹和优化设计，设计结果表明，光学系统遮拦比0.317，光学传递函数在特征频率26 lp/mm 处，大于0.81，成像点80%的能量集中在3 × 3像元内，垂轴色差小于2 μm，最大质心偏差小于2 μm。采用内遮光罩、外遮光罩、次镜遮光罩和挡光环等消杂光设计来降低杂散光水平，利用Tracepro软件对光机系统的杂散光进行了仿真分析，分析结果表明，在离轴角6°~90°范围内，点源透射比在10^-7~10^-4量级，满足应用要求。

研究了微透镜阵列加工误差对光学系统成像性能的影响规律，寻求利于改善光学性能的面形误差分布。对面形误差与波前像差之间的转换矩阵进行建模，使仿真与计算的波前像差达到纳米级的误差精度，选用具有正交性的Zernike 多项式作为光学和机械的接口，表示加工后光学表面的面形误差，并分别作为干涉图数据引入到已设计的子眼透镜表面，量化分析不同位置下畸变、点列图、点扩展函数(PSF)、调制传递函数(MTF)的改变情况。分析结果表明相同形状分布下，面形精度峰谷(PV)值对光学系统畸变和MTF 的影响呈现递变规律，并且点扩展函数的二维分布与视场位置存在明显的对应关系；相同面形精度下，向左和中心对称分布的面形误差使得畸变、点列图和MTF 在一定相对位置得到改善，而降低了其他相对位置的光学性能。综合考虑各光学参数的变化情况，向右对称分布的面形误差分布对于改善光学系统成像性能有利，为实现成像质量的可控超精密加工制造提供了理论基础。

现有的液晶显示器(LCD)背光模组大多采用侧入式发光二极管(LED)作为背光源，其要求导光板厚度始终大于LED发光截面宽度。为解决这一问题，提出一种用于侧入式LED背光模组的自由曲面光耦合结构，包括浸入式准直透镜与自由曲面反射器，光源出射光先由浸入式准直透镜收集并准直，再经自由曲面反射器反射并聚集到导光板入光面。利用斯涅尔定律、微分几何法以及等光程原理对该模块进行设计，并通过光学仿真验证设计的可行性。实验结果表明，当采用有效发光面积为0.4 mm×0.4 mm的LED芯片作为光源时，导光板厚度减少0.6 mm，导光板入光面处光能利用率达到96.23%，相对于传统结构，光线利用率提高11.22%。该光耦合模块实现了背光模组中导光板的薄型化，同时改善了导光板入光面处光热点现象。

双色滤光片的膜系设计方法有多种，如自动优化设计、缓冲层和组合膜系设计、加厚间隔层的Fabry-Perot(F-P)膜系、双峰结构F-P 膜系的多次重复，以及具有分形结构的F-P 膜系设计等方法。但它们在特定通道带宽和通道间距要求的膜系设计中，或者在膜系的工艺可实施性方面存在一定的局限性。运用目标光谱拟合优化后的两个具有增透带的F-P 膜系相组合的设计方法，有效解决了较宽通道带宽和较大通道间距的双色滤光片的设计问题。采用Ge和SiO 两种材料，利用有限的38层薄膜，在中波红外波段设计出了波形良好的双色滤光片，其两个通道的相对带宽均为9%，两个通道中心波长位置比可以在1.4~5.0 的范围内进行调整，通带边缘陡度不大于2.0%。这种膜系结构的双色滤光片具有通带宽度和位置方便调控的特点，并有较强的可实施性。

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)测试向列相液晶E7 和5CB 在磁场、电场和光场作用下的太赫兹光学性质，较为全面地总结向列相液晶在不同场强下的折射率变化。实验观察到E7和5CB 在磁场下的负磁致折变效应和在电场下的正电致折变效应。磁致折射率变化最大达到-0.087，电致折射率变化最大达到0.051，而光致折变与电致折变的物理本质相同，在7.961 W/cm²的532 nm 激光泵浦下折射率变化最大达到0.015。这些研究结果为液晶材料在太赫兹波段的可调相移器、滤波器和空间光调制器等重要功能器件中的应用打下基础。

为抑制动态干涉仪系统中存在的干涉图空间位置匹配误差以及移相误差，采用相位相关算法和载频交叠重构干涉术，前者以光斑边缘为匹配特征，通过配准测试光斑，实现对4幅移相干涉图在空间位置上的像素级配准；后者按列交叠重构4幅载频移相干涉图，实现相位谱与误差谱在傅里叶频谱中相分离，滤取相位谱即可抑制移相误差对测量结果的影响。实验结果显示，两种方法均可以有效抑制干涉图的位置配准误差以及移相量误差，其结果与干涉仪结果相吻合，均方根值和峰谷值分别相差0.0057 λ和0.0235 λ。相位相关算法不受光强畸变等因素的影响，而载频交叠重构干涉术可以同时抑制由移相器件造成的两倍频相位误差和由光强畸变引入的一倍频相位误差。

构建一个由一束弱线性偏振探测光场在与其平行的磁场作用下形成的两正交偏振分量，联合两束强耦合控制光场与半导体单量子点相互作用所形成的四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型，利用多重尺度法，解析地研究了该半导体量子点电磁感应透明介质中的两耦合时间矢量光孤子的稳定性及其碰撞特性。结果发现，该体系中两耦合时间矢量光孤子的碰撞特性与其初始相位差有关；当两孤子分量为同相或反相时，孤子间会呈现出近弹性碰撞且无能量转移；而当孤子分量间初始相位差为π 2 时，两孤子则会在融合之后再彼此分离且出现能量转移。

提出了基于空间光调制器(SLM)进行相位调制产生赝热光源的方案，并讨论了不同空间光调制器的像素阵列的排布方式对关联成像的影响，着重对空间光调制器的像素阵列排布方式进行了基于遗传算法的优化设计方法的研究，以提高赝热光场性能。结果表明，空间光调制器方案克服了毛玻璃方案的局限性，其产生的赝热光二阶关联性好，满足关联成像的需要，系统成像质量较高，该方案对新型关联成像赝热光源设计具有重要参考意义。

在拉比模型中加入了量子比特之间的相互作用，并用绝热近似的方法求解拉比模型，同时探讨相互作用项对于量子比特纠缠的影响。一个显著的结果是通过选择合适的相互作用参数，可以延长量子比特之间纠缠的时间或提高纠缠度。产生和保持纠缠是量子信息处理的核心。

在航天相机的成像过程中，拍摄场景的亮度随着地表目标和大气环境的变化而发生改变，为了保证航天相机输出理想的图像，提出了基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光方法。根据地-气间辐射传输特性建立航天相机入瞳处辐照度模型，通过分析大气气溶胶对遥感成像的影响，对该模型进行了改进，并在此基础上提出了航天相机自动调光方法。航天相机自动调光首先根据总辐照度以及地面目标辐照度占总辐照度的比例对自动调光参数进行调节，目的是尽可能提高地面目标信息量，然后根据大气气溶胶光学厚度确定自适应拉普拉斯滤波的参数，增强遥感图像的细节。由实验结果可以看出，自动调光增加了遥感图像的信息量，增强了图像对比度，航天相机的成像质量得到了明显地提高。

高光谱遥感目标检测是遥感信号处理领域的热点问题，基于核机器学习的KRX 算法能充分利用高光谱波段间的非线性光谱特性，在原始光谱的特征空间进行探测，能够获得较好的检测效果。针对KRX 算法检测过程计算复杂、不能满足快速处理要求的缺陷，引入了卡尔曼滤波器的递归思想，提出了一种核递归的高光谱异常目标检测算法。从光谱分析的角度，应用Woodbury 引理从上一时刻的状态迭代更新当前像元的Gram 核矩阵，避免了高维矩阵数据重复计算。实验结果表明，与传统RX、因果RX 和KRX 等算法相比，在检测精度有所提高的同时，大大缩短了算法检测时间，提高了异常目标检测效率。

在遥感观测中，目标辐射信息中包含了背景辐射经过大气散射后进入传感器视场的部分，从而使地物边缘模糊，对比度降低，即邻近效应。要从遥感图像中准确获取目标信息，邻近效应校正是必不可少的环节。根据大气辐射传输模型，利用MODIS气溶胶产品并引入新的邻近效应校正系数对高分一号卫星多光谱遥感影像进行邻近效应校正。结果表明，经过校正的遥感影像对比度增强，清晰度增加，地物信息更丰富。

为了实现对不同矿物成分的识别，研制了一台用于矿石光谱分析的短波红外成像光谱仪，并基于此台仪器获取了多种矿石的图像信息和光谱信息。阐述了设计原理，并对整个系统的光学设计结果进行了成像质量分析。采用单色准直光法对该系统进行了测试，得到各光谱通道的中心波长以及光谱分辨率等光谱性能参数，测试结果显示，该仪器光谱分辨率优于10 nm，满足应用需求。利用研制出的成像光谱仪对岩石样品进行了实验，并对获得的光谱曲线进行了光谱分析。实验分析结果表明，该仪器具有良好的性能，能够较为准确地判断不同矿石。设计的短波红外成像光谱仪具有高分辨率、结构简单、小型化、重量轻等优点，便于机载成像，有益于其在地质勘探领域的应用。

在应用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术进行气体检测时，气体检测精度受系统各功能模块性能的影响，针对这个问题研究了系统中光电探测器的输出电流噪声谱密度和响应度两种特性。推导出了探测器输出电流表达式，得出了输出电流噪声谱密度特性与激光器相对强度噪声(RIN)有关的结论，并通过实验验证了TDLAS 系统中激光器RIN 的存在。通过仿真，研究了RIN 对探测器输出电流的影响，给出了不同条件时的电流噪声谱密度曲线。为避免环境温度的变化影响光电探测器响应度，采用一种实时校正方法，给出了其原理及校正公式。以氨气为检测对象，运用该方法对氨气浓度曲线进行校正。

为了改善近红外(NIR)光谱测量精度，提出了以中等浓度样品作为参考物的测量方案。从理论上分析了扣除参考背景后吸光度的误差来源，发现以中等浓度样品作为参考物有可能减小样品池和光纤损耗导致的测量误差。以葡萄糖为分析对象，开展了葡萄糖水溶液和3% Intralipid 仿体溶液的近红外透射验证实验。在糖水溶液的双光路实验中，以中等糖浓度样品作为参考物建立的偏最小二乘(PLS)模型的校正均方根误差(f_RMSEC)和交互验证均方根误差(f_RMSECV)比纯水背景分别下降了36.6%和41.0%；而仿体实验中，以中等糖浓度样品作为参考物时，模型的校正均方根误差和交互验证均方根误差比无糖3% Intralipid 溶液作为参考物时分别下降了66.3%和39.6%。实验结果表明以中等浓度样品作为参考物能有效提高近红外透射光谱的分析精度。

干涉型高光谱成像技术可以探测目标的空间信息以及光谱特性，在生物医学、材料分析、食品安全和文物考古等领域发挥着重要作用。基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法为光谱探测提供了一种新的技术途径，通过分析系统的干涉原理和工作方式，研究其光谱复原方法。提出干涉图像的校正补偿算法，较好地消除了像面暗斑对光谱复原的影响。针对系统整体推扫的工作方式，研究了基于局部相位相关的快速亚像素图像配准算法，能准确提取目标点干涉数据。对系统光谱传递矩阵进行讨论，提出基于矩阵反演的光谱复原方法。研制原理样机，对场景目标进行光谱成像实验，得到了初步的复原结果。

食品质量在很大程度上取决于食品的包装过程。为了抑制食品变质并延长货架期，食品包装技术在食品工业的应用得到了越来越广泛的发展。利用散射介质中的气体吸收光谱技术对食品包装中的气体含量进行光学无损检测。用中心波长为760 nm 的二极管激光器测量食品包装中氧气的吸收光谱信号，通过研究包装内的气体交换过程估算出包装内的氧气体积分数。实验结果表明该技术可以用来测量食品包装中的氧气含量，确保食品包装的紧密型和安全性。

介绍了在409 nm处采用二极管激光腔衰荡光谱(CRDS)技术探测大气中NO₂的浓度(体积分数，下同)。通过调制二极管激光器参数，优化其输出光谱，获得NO₂的有效吸收截面。探讨水蒸气、臭氧及其他痕量气体可能引起的测量干扰。时间分辨率为1 s时，系统探测限为6.6×10^-11。考虑到NO₂气体吸收截面和系统RL(衰荡腔长与腔内气体单次吸收光程长的比值)的不确定性，该系统的测量误差为±4.5% (1σ)。在实验室条件下，该系统和非相干宽带腔增强(IBBCEAS)系统同时测量NO₂样气，将二者测量结果进行了对比，测量结果具有很好的一致性，线性拟合斜率为0.988±0.005，相关性为0.99。同时该系统被应用于实际环境大气中NO₂浓度的测量，测得NO₂浓度在1×10^-8~5×10^-8范围内，平均浓度为3.5×10^-8。为了证实CRDS系统的测量结果，将其与长光程差分吸收光谱(LP-DOAS)系统测量NO₂浓度的结果进行对比，二者获得了较好的一致性。实验结果表明，CRDS技术可实现大气中NO₂高灵敏度、高时间分辨率的在线探测。

非均匀光照场景难以满足现有光照估计方法的单一先验假设，为此提出一种面向区域的非均匀光照估计方法。该方法考虑了Lambertian物体表面反射对光照估计的影响，并通过分析相似同质区域的物体表面反射，采用单实例支持向量机方法构建典型同质区域的区域光照模型。该方法通过获得同质区域的光照模型，有效改善了非均匀光照的估计准确性。实验表明在标准自然场景的数据库中，该光照估计方法优于当前的其他先进方法。