大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数, 在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较, 开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟计算了合肥大气下行辐射通量, 并以该方法获取的大气下行辐射通量为基准, 对广泛应用的晴天经验模型进行性能评价, 验证了 Idso 模型和 ngstrm 模型对于合肥大气条件的适用性。进而利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟数据对 Idso 模型中的参数进行修正, 提高了该模型的模拟精度。该研究为方便快捷准确地获取合肥大气下行辐射通量提供了可靠方法。

土壤含水量的变化情况与时空分布对热量平衡、 农业墒情等具有显著的影响。 利用反射率光谱信息反演土壤含水量的研究, 可为实现土壤含水量速测、 揭示土壤含水量时空变异规律提供科学依据。 构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型, 深入探究土壤重量含水量与反射率光谱的关系。 制备了12种不同湿度的土壤样品。 采用ASD Field Spec Pro 3地物波谱仪对制备的不同湿度梯度的黑土土壤进行反射率光谱测量。 利用菲涅耳反射率建立土壤表面反射模型; 在以往的研究中, Kubelka-Munk (KM)模型中的漫反射率R∞通常被视为对于给定材料和照明波长的常数或需要反演的参数。 通过研究发现, 漫反射率R∞不仅与材料和波长有关, 还与土壤含水量相关。 利用与土壤含水量相关的吸收系数及散射系数描述了土壤含水量与漫反射率R∞的关系, 并基于KM理论对体散射分量进行建模; 进而构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型。 根据实际测量数据选用最小二乘算法对模型参数进行反演, 并通过分析反演参数简化模型。 最后, 将未参与建模的不同含水量梯度的数据代入模型中, 验证模型的有效性。 结果表明: 对比不同含水量土壤反射率光谱的模拟值与实测值在400～2 400 nm波段范围内的模拟精度发现, 含水量为200 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最大, 为0.008, 含水量为40 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最小, 为0.000 6, 不同含水量下土壤样品反射率光谱的均方根误差的均值是0.005 1。 在400～2 400 nm波段范围内, 不同波长下黑土土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.008, 1 920 nm波长处的预测均方根误差最小, 为0.002 062。 采集长春地区的土壤检验模型的可靠性, 配制15个不同含水量样品并对其进行反射率光谱测量。 选取9个样品数据用于建模, 6个样品数据用于验证。 结果表明: 在400～2 400 nm波段范围内, 不同波长下的长春土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.015, 525 nm波长处的预测均方根误差最小, 为0.000 922 5。 综上所述, 所建立的模型具有很高的预测精度, 可很好地适用于不同含水量黑土土壤反射率光谱的模拟。

研究了光源附近微区的漫反射率R 与收集孔径 、约化散射系数μ'_s和散射相函数相关的参数γ之间的关系。根据不同的生物组织,选取不同的散射相函数,采用Monte Carlo 模拟方法得到了光子经生物组织后的漫反射率数据,用得到的数据来验证反射率R 与无量纲的约化散射系数μ'_s 之间的关系。结果表明:当μ'_s <2时,R 对散射相函数的变化是敏感的,且与μ'_s 呈线性关系,其斜率与γ呈二次函数关系。光源附近微区的漫反射率R 对γ的变化是敏感的,这为测量与生物组织微观结构相关的散射参数γ提供了一种较为简单的方法。

激光沉积制造过程中, 单道沉积宽度主要受激光熔池宽度的制约, 稳定的熔池是保证成形精度的前提。为了建立工艺参数激光功率、扫描速度以及送粉速率与熔池尺寸之间的经验模型, 采用非匀速段关光控制及卡尔曼滤波技术对采集的熔池测量数据进行去噪处理, 以实现成形过程熔池宽度的精确检测, 为熔池宽度预测精度提供了保证。基于正交试验建立了多元回归模型, 其拟合优度可达94%, 最大误差不超过4.5%。经单一变量试验方法验证, 结果表明熔池宽度与激光功率呈正相关, 与扫描速度呈负相关, 实验结果与回归分析结果具有较好的一致性。

受扫描仪到扫描物体的激光测距值、激光入射角、大气衰减等因素的影响，相同目标的激光强度存在较大偏差。从激光雷达测距方程出发，分别对激光强度的距离效应和角度效应进行改正。激光强度与激光入射角的余弦大致呈线性关系，但激光强度的距离效应较为复杂，激光强度总体上不与距离的平方呈反比，因此提出了一种利用分段多项式模型来消除激光强度距离效应的方法。实验表明，提出的改正模型能对点云激光强度进行有效补偿，通过将激光强度分别进行角度改正和距离改正，能够有效消除由距离和入射角引起的强度偏差，使同类物体的激光强度趋于一致。

许多计算机视觉应用的算法都需要对拍摄场景高动态范围的幅亮度信息进行精确的测量, 成像系统的相机响应函数能够建立拍摄图像强度信息与场景辐亮度之间的严格映射关系, 是高动态范围图像融合的关键技术。文中分析相机响应曲线的共同特点, 结合相机响应函数固有的约束条件, 建立相机响应函数的理论空间模型。首先, 利用主成分分析法对已有的相机响应数据库进行分析, 结合相机响应函数的约束条件建立响应函数的低参数经验模型; 然后, 根据输入图像选择合适的参数数量; 最后, 利用不同曝光量的输入图像通过最小二乘法求解建立响应函数模型的系数, 从而对相机响应函数进行标定。该算法能够通过对少量的采样点进行插值获得精确的相机响应函数, 同时能够对任意的场景通过拍摄多曝光量图像精确地标定相机响应函数。通过对实际拍摄的图像进行相机响应函数标定实验, 验证了该算法的有效性, 并证明该算法保持高精度的同时计算效率也较高。

为简洁有效地模拟红外仿真中的地表温度, 对全年中不同季节、不同天气条件下实地采集的材质表面温度及其相关的气象数据进行了回归分析, 模拟出不同气象条件下材质表面温度一日内随时间的变化曲线以及材质表面温度与气温和相对湿度之间的关系曲线, 构建了基于实测数据的材质表面温度经验模型。实验结果表明, 温度场经验模型的平均误差在 1.5℃以内, 可以较为准确地再现温度场的变化趋势以及不同时刻的温度值, 客观上验证了用回归分析方法构建的经验模型的有效性。

基于发光二极管（LED）结温的正向电压测量法，建立以结温与正向电压及电流组成的联合多项式作为经验模型。该模型克服了传统正向电压法的局限性和繁琐性，可适用指定类型LED在任意散热环境下的在线结温测量。在由电压、电流为变量组成的二次多项式六参数模型基础上，分别进行了各种组合形式的最小二乘拟合并对模型计算值进行标准差评判，最终确定一种四参数模型为最优经验模型。对确定的模型进行了基于实测数据的有效性分析，结果表明：结温的模型计算值与实测值拟合良好。在已确定模型的前提下，存在误差的主要原因是采样数据间隔太大且不均匀导致拟合残差增大。可提高采样数据密度和剔除不良数据进行重复拟合以提高模型的有效性。