为了区分超光滑表面上方存在的微小粒子、亚表面缺陷、微粗糙度三种缺陷产生的散射光, 并得到能够探测这三种缺陷的最佳区域, 将双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function, BRDF)与琼斯矩阵结合, 给出了三种缺陷在ss、sp、ps、pp四种偏振状态下的偏振系数。在此基础上, 模拟和分析了三种缺陷在四种偏振状态下与散射方位角的关系。结果表明: 利用p偏振入射光引起的p偏振散射光能将这几种缺陷区分开。根据三种缺陷与散射方位角变化关系的不同, 给出了三种缺陷的最佳探测区域及实现方法。

针对水下单光束扫描探测系统探测水中近场目标的需求, 为抑制海水后向散射干扰, 提高系统信噪比, 对系统光路参数进行了优化设计。通过推导系统盲区距离公式、水中目标回波和后向散射功率方程, 分析了系统探测区域和信噪比同光路参数的关系。在不同水质条件下, 基于粒子群算法(PSO)对光路参数进行了优化计算。结果表明: 对探测区域为6-10 m的系统, 当发射光束与接收视场平行, 接收视场半角为9 mrad, 收发间距为10.6 cm时, 系统信噪比达到最佳。为验证理论模型的正确性, 设计了水下激光探测光路模拟系统, 测试不同光路参数下系统信噪比, 实验结果与理论值一致。优化结果可为水下单光束扫描探测系统光路设计提供理论依据。

针对大横截面室内靶道弹丸测速需求，提出了一种大面积探测区域测速光幕构建方法。采用90°探测视场的广角天幕靶作为接收装置和多段等长的排布成L形状的LED线阵列作为光源，各段LED线阵列光源均朝向广角天幕靶扇形视场中心，完全填充广角天幕靶的视场，在空域形成10m×10m的探测区域。给出了L形光源的详细设计，采用气枪弹进行了靶面内灵敏度验证试验和系统实弹射击试验。试验结果表明，所提出的方法是有效可行的，可满足10m×10m横截面室内靶道的测速需要。

为了减少近红外漫射光内窥式成像设备的造价和图像重构时间，提出了有效探测区域检测方法和相应的内窥式图像重构算法，用于实现对吸收系数和约化散射系数的同时重构。首先采用蒙特卡罗模拟研究了某源点激励下的有效探测区域；其次发展了基于有效探测区域的图像重构算法；最后讨论了有效探测区域内测量点数对重构结果的影响，并用模拟数据验证了所发展的算法。结果表明：基于有效探测区域进行重构的算法具有较好的重构精度，吸收系数和约化散射系数的保真度分别可达60%和80%以上，目标尺度方位基本准确，且重构时间可减少一半。基于有效探测区域的检测方法和重构算法可用于对宫颈等管状器官的漫射成像。