建立了生物组织的球状分形结构模型, 对生物组织的散射系数、各向异性因子、散射相函数进行了数值计算, 提出了利用散射系数和各项异性因子的双等高线反演分形维数和相对折射率的方法。计算结果表明: 在可见光波段生物组织的散射系数随波长的增加呈现幂函数衰减的关系; 各向异性因子几乎与波长无关, 在数值上与分形维数和相对折射率大小成反比。基于球状分形结构模型的散射相函数与Henyey-Greenstein(HG)相函数在前向(散射角<100°)具有良好的一致性, 同时较好的弥补了HG相函数在后向表征上的不足。

利用矢量Monte Carlo算法结合葡萄糖的旋光特性模拟了含糖混浊介质的背散射Mueller矩阵。数值模拟表明: 含糖混浊介质的背散射Mueller矩阵元素中除M11、M14、M41、M44外的其它元素花样均发生龙卷风状的不同程度的扭曲, 其中M24、M34、M42、M43的扭曲程度更为显著。研究发现M24、M34、M42、M43二维分布伪彩图的中心线为阿基米德螺旋线, 该螺旋线特征参数与混浊介质中的葡萄糖浓度成正比。这一结果将为基于背散射Mueller矩阵的葡萄糖浓度的非接触光学定量检测提供理论依据。

采用离子源辅助电子束蒸发的方法，制备了以Si为基底，以TiO2为缓冲层的ZnO薄膜。通过进一步保温处理，在不同温度条件下进行退火处理得到了不同的样品薄膜，用于表面形貌分析和光散射特性实验研究。结果表明，退火温度对样品表面粗糙度、晶粒大小、分形维数等参数具有显著的影响，通过表面形貌分析有助于更好地理解薄膜晶粒生长机制和改进薄膜制备工艺；不同薄膜样品的反射光强度和偏振度对不同偏振光具有不同的角度响应特征，且与薄膜表面统计特性具有一定的关联性，薄膜的光散射特性研究对研究弱散射随机粗糙表面的退偏作用具有一定的参考价值。

强偏折场的重建是光学层析技术测量复杂流场领域的难点问题。在研究现有重建算法及其适用性的基础上，结合光线追迹算法提出基于曲线路径反演的正则化修正重建技术。该技术克服了现有重建技术中光路直进的假设，基于几何光学原理设计了光线通过强偏折场的积分路径追踪算法。使用代数重建技术和正则化重建技术相结合的思想，通过偏折角投影数据的迭代修正实现非线性反演。使用该技术对强偏折场进行数值重建，证实了其在有限角投影数据条件下重建大梯度折射率分布的有效性，并显示了其在刻画场关键特性方面相对于现有算法的优势。

A new method for simultaneously determining the size and refractive index of epithelial cell nuclei is presented. The function of the modified elastic light scattering spectrum is regarded as a function of wave number factor, Q=2\lambda^-1 sin(\theta/2). The modified spectrum has a constant oscillation period with its frequency proportional to the average diameter of cell nuclei. To the same average diameter, the different relative refractive indexes of epithelial cell nuclei only induce the horizontal shift of the spectra. Both the oscillation frequency and the horizontal shift are quantified by the fast Fourier transform on the modified spectra. The average diameter can be figured out through the peak frequency divided by the value of the refractive index of the surrounding medium. The phase angle of the peak frequency has an approximate linear relationship with the relative refractive index of epithelial cell nuclei.

考虑了动态 Stark 移位,通过计算双光子过程中压缩相干态的保真度,讨论了双光子 J-C 模型中能级的动 态 Stark 移位和光场的压缩因子 对量子态保真度的影响。研究表明:保真度的演化呈现明显的量子崩塌－复苏振荡。当考虑动态 Stark 移位时, 通过比较可以明显看出,在量子信息的处理和传递过程中,原子、场和系统的保真度明显好于不考虑动态 Stark 移位的情形。 初始场强调制了原子、场和系统保真度演化的量子崩塌复苏周期,使场保真度演化中的振荡脉冲变窄。同时,压缩因子 影响着体系中原子和场之间的能量交换。

针对图像灰度各阶导数的离散化表示方法和图像边缘最佳响应方向的确定等关键技术,本文提出基于任意方向图像导数算法的边缘检测技术。该方法根据导数的定义建立数学模型,推导出计算灰度图像任意方向的一阶、二阶导数公式,通过分析待检图像的边缘特性,对图像进行多方向乃至全视角方向的灰度梯度计算和拉普拉斯变换,并输出最佳边缘响应。使用该方法与已有检测算子进行对比实验,证实了该算法的有效性并显示了其在边缘检测效果上的优势。

分析了真实火箭喷焰的激光莫尔干涉谱,并提取其投影信息,重建了密度场。使用自制的大口径、高灵敏度莫尔偏折仪采集真实火箭喷焰的莫尔条纹图;采用傅里叶变换对莫尔条纹展开技术处理,获得了莫尔条纹的相位分布。根据莫尔条纹边缘提取背景,进一步获得背景相位分布。变形莫尔条纹的形变量通过求相位差获得,进一步提取轴向任意截面的投影信息。应用基于偏折投影的“简单自相关代数迭代重建算法(SSART)”层析流场。等间隔取8个方向的投影进行迭代,重建了截面密度分布图。结果发现,根据火箭喷焰的莫尔条纹,采用傅里叶变换相位展开技术,可以方便地提取任意截面的投影信息。应用SSART技术可以重建截面密度分布。因此,基于偏折投影的“SSART”算法是一种优良的非线性偏折层析重建算法。

针对叠栅层析研究中采用基于相位重建方法处理叠栅条纹图像的问题, 用标量衍射理论对叠栅偏折仪的叠栅条纹形成原理进行分析。通过小孔滤波分别提取光场的零级和一级频谱, 分析结果与传统的通过几何叠加原理的结果一致, 在形式上更加精确。结论表明, 叠栅条纹是多波面剪切干涉的结果, 且一级频谱滤波下的叠栅条纹图像满足严格的余弦强度分布。采用基于多重网格相位展开的傅里叶变换方法和叠栅层析滤波反投影算法对丙烷燃烧场进行了层析重建。

由散射光谱推知上皮组织发育异常属于一类反问题,此问题可转化为反演上皮组织细胞核的粒径变化。对上皮组织细胞核的单次散射偏振光谱进行数值模拟,并采用Projection迭代算法反演细胞核的粒径分布信息。Projection迭代算法将方程组的解看成是多维空间的一个点,通过不断求解各超平面上的投影点而逼近真值。数值计算表明,Projection算法对于粒径呈单峰、双峰分布细胞核均有良好的反演精度,采用该法有望增加光谱法上皮组织发育异常诊断的灵敏度。