细胞内液‐液相分离现象与细胞内的多种生物过程有关，分析研究相分离的现象及机理可为调控细胞生理过程和药物研发提供参考和策略。相位成像技术因在无色透明物体的非接触、免标记定量化观测方面具有巨大优势而被用于液‐液相分离的研究中；但是，在该技术中，样本厚度与其折射率耦合一起，形态分布需经相应算法反演获得，其分析效率较大程度上取决于数据采集量、计算处理时间和精度等。为满足生命科学研究领域对实时获取相分离凝聚物形态信息的需求，本文提出了一种仅需两幅相位图的三维形态快速反演方法，相应设计了一种由单个图像传感器实现双路光信息采集的干涉相位成像系统。提出的形态重构算法对数据采集要求宽泛，通过布置控制点，运用数学变换解算其沿两个非正交方向投影的平面像素坐标与其三维空间坐标的映射关系，由此计算反演得到像素点对应的三维坐标从而实现凝聚物形态的分离重建。

纤维状结构是生物组织的一种基本结构形式。疾病的发生和演化常常伴随着纤维状结构空间取向的相应变化。对生物组织内纤维状结构空间取向的定量表征方法和主要应用进行了简单综述,着重介绍了空间取向信息在几种重要疾病模型中的研究进展,包括伤口愈合、骨关节炎、乳腺癌、腹膜癌扩散、脑损伤等,并在特定的人工组织模型中探究了组织结构与功能的关系。对生物组织纤维状结构的高灵敏、高精度描述,为研究疾病的发生和演化提供了新思路和手段,有望实现特定疾病的早期诊断和病理机制的深入理解。最后,对该方法的应用前景进行了展望。

通过在虚拟三维空间中构建基于双目视差和运动像差的不同深度的柱形面,使被试者在三维空间中行走运动,采用心理物理学的固定值刺激法,获取被试者在不同观察距离下基于双目视差线索、运动像差线索,以及两种线索同时作用时的深度感知数据,研究双目视差线索和运动像差线索对人眼深度感知的影响。结果表明:在不同的观察距离下,双目视差线索和运动像差线索对人眼的深度感知有不同的影响;在远距离观察条件下,运动像差线索对深度感知的权重比在近距离观察条件下大;而在近距离观察条件下,两种线索同时作用时对深度感知没有促进作用,并且运动像差线索对深度感知的作用较小。

为精确揭示区域土壤盐分的三维分异特征, 将由区域遥感影像解析获得的光谱指数、 面域电磁感应大地电导率仪测得的土壤表观电导率和控制点位土壤采样实测数据进行有效耦合, 应用多元回归方法建立土壤盐分解译模型, 利用反距离权重方法对区域土壤盐分三维特征进行插值解析与评价, 创建了基于多源数据的区域土壤盐渍化精确评估方法。 应用实践表明: 案例研究区域各土层土壤盐分含量的变异系数在1.281~1.527之间, 表现为强度变异性; 土壤盐分含量高值主要集中在案例研究区域的中西部地带; 区域盐渍土剖面类型大部分属“表聚型”, 即随着深度增加土壤盐分逐渐减小; 对案例研究区域土壤盐分三维特征解析精度达到相关系数为0.908。 解决了以往多源数据耦合协同以更高精度解析区域土壤盐分特征的难题, 为精确评估区域土壤盐分三维特征和其他地学空间属性解析提供了可靠方法借鉴。

实时准确地获取作物叶绿素含量的三维空间分布信息, 是作物营养、 栽培和育种等科学研究和生产领域密切关注的问题。 该研究以水稻植株为研究对象, 采用改造后的普通单反相机加载近红外滤光片的方法, 多角度获取水稻植株的多光谱图像。 基于不同波段不同通道的组合图像计算多种植被指数, 将其结果与对应的实测SPAD值之间建立水稻植株叶绿素(SPAD)预测模型, 并筛选出最优预测模型。 研究结果表明, 近红外760 nm波段的R通道与可见光G通道构建的GNDVI植被指数, 与实测SPAD值建立的二次函数预测模型能够很好地反演水稻植株叶绿素(SPAD)含量, 其中, R2=0.758, RMSE=1.532。 在此基础上, 利用多角度成像三维建模方法建立具备纹理信息的水稻三维模型, 将最优预测模型应用于水稻综合纹理图, 得到水稻叶绿素含量三维空间分布信息, 从而实现水稻生长情况以及叶绿素养分分布状况的快速无损检测。

为实现基于运动轨迹信息的动态手指姿势的识别，促进人机交互和虚拟现实交叉领域的发展,介绍了一种基于Leap Motion的三维(3D)空间内的指势关键特征点轨迹识别的方法。将Leap motion controller获取的模型化的手部信息经过手部骨架算法提取出手部骨架目标，然后，利用细化算法得到手指直线示意图，并提取指势关键特征点及运动轨迹。利用支持向量机(SVM)对3D基本动态指势进行识别和评估。实验结果表明，该方法能够在较为复杂的3D空间内，即使手部出现自遮挡的情况下，实现动态指势的识别，准确率较高，稳健性强。

针对包含暖白光和冷白光两种不同LED光源的混合白光LED系统, 提出一种非线性控制混合白光LED系统照度模型的方法论。该混合白光LED系统包含暖白光及冷白光两种不同LED光源。混合白光LED系统总照度取决于两个LED光源所占的光通量比例, 据此提出三维空间下不同电流负载情况下的混合白光LED系统的照度模型,通过简单的光学及电学测试方法校准, 并实验测试验证该三维照度模型的真实性。该方法对混合白光LED系统的应用具有一定参考价值, 而且其适用于多个光源的LED系统, 并不仅限于白光LED。

准确估计道路场景图像中的深度信息，是智能交通和机器人导航中对障碍物估计和定位的关键。基于区域特征理解的单幅静态城市道路图像深度估计算法，可以通过边缘生长图像分割算法得到一系列封闭的图像区域；然后统计每个分割区域自身的多元特征,包括区域的颜色、面积、位置，所包含的直线、垂线和平行线；基于这些特征，进一步估计道路消失点，并实现天空、垂直面和道路区域的分割和三维空间推理，最后根据典型道路的深度变化规律实现对道路图像的深度估计。实验结果表明，该算法能够有效地估计道路消失点以及道路区域内部的渐变深度信息。

针对三维空间中无人机受到纯比例导引空空导弹攻击而采取机动规避的过程, 建立无人机与空空导弹的相对追逃运动模型。基于人工势场基本理论, 对空空导弹相对无人机的势力场进行分析, 构建指向无人机的势力场增加最快方向的态势模型, 利用反比例导引项结合反跟踪势场力项构成一种新的复合规避导引律, 分别对迎头攻击和尾追攻击时无人机规避攻击进行仿真。仿真结果表明, 该导引律能有效完成规避任务。

从集成图像显示时再现的空间光学分布着手，研究了微透镜参数、记录/显示平面分辨率和成像系统空间分辨率的关系。研究结果表明成像系统的空间分辨率与微透镜的孔径和焦距大小有关。采用较小尺寸的微透镜，有助于提高成像系统的空间分辨率，但对记录/显示平面分辨率的要求随微透镜尺寸的减小以及物点深度的增加而提高。研究结果可用于集成成像系统的优化设计。