提出了一种散射介质光学参量的干涉测量方法. 在蒙特卡罗数值模拟的基础上引入聚焦高斯光源模型和基于比例缩放的压缩算法, 实现了对光子后向散射分布和干涉特性的快速模拟. 利用计算数据训练了前向人工神经网络进行了介质光学参量的反向求解. 实验中以脂肪乳注射剂和生物染色剂印度墨水组成的悬混液为样本, 通过光学干涉系统测量得到了后向散射光依赖于深度的干涉光强分布, 并对其中散射和吸收系数进行了反向计算. 所得结果能够正确反映散射和吸收系数与散射和吸收物质浓度之间的线性关系, 验证了该方法的可行性.

基于时域结构的光学相干层析系统由于光线多次通过,按照光路可逆原理调整会很困难。在理论分析和多次实验基础上,现总结出一套快速调试方法,大大缩短光路调试时间。详细分步骤描述了纵向傅里叶快速扫描光学延迟线和横向扫描部分的调试方法,给出快速寻找干涉系统光程匹配点的调试方法。利用构建好的光学相干层析系统进行层析成像实验调试,纵向扫描深度标定后,对生物样品进行扫描并重建了光学相干层析图像。

为了实现对光学相干层析成像系统的实时自动监控, 在光学相干层析成像技术的基础上以LabVIEW为开发平台, 设计调试了一套生物组织光学特性测量的控制系统。该系统主要包括参考臂驱动程序模块和数据采集卡的数据采集程序模块, 各模块既相互独立又有机地组成一个整体。使用该系统对不同浓度的Intralipid组织模拟液进行了测量, 实验结果表明模拟液的散射系数可靠, 而且系统具有开发周期短、成本低、维护简单、可移植性强等特点。

建立了混浊物质中低相干干涉系统的蒙特卡罗模型，结合相干面光强的高斯分布和低相干光源的相干条件，对干涉信号进行了数值分析。提出在蒙特卡罗计算的基线数据基础上快速模拟其他参数条件下干涉信号的方法。快速模拟结果与蒙特卡罗计算结果进行了比较，结果显示在满足前向散射条件下，两种方法所得模拟信号强度基本吻合。当各向异性因子g=0.9时，平均相对误差为2.37%，在g=0.5时，平均相对误差为4.69%。在深度相关干涉信号的模拟中，两种方法对浅表层干涉信号的模拟取得了一致的结果。实验中使用低相干干涉系统对不同浓度的脂肪悬乳注射剂与印度墨水混合液中深度为0~1 mm的漫反射光信号进行了干涉测量，并利用基线数据和快速蒙特卡罗模拟方法成功对实验数据进行了数值拟合。

利用光学相干层析成像技术对强散射介质的光学特性进行了测量研究.通过理论模拟分析了镜面反射条件下散射系数及各向异性因子对外差效应因子的影响.提出镜面反射情况下利用广义惠更斯菲涅尔模型提取材料光学特性的算法.通过对不同浓度的IntralipidTM溶液的测量，获得了可靠的光学散射特性实验结果，并研究了散射系数与其浓度之间的关系，拟合结果显示散射系数与IntralipidTM溶液浓度近似呈线性关系.

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用，分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1 550 nm 自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.

基于离轴无透镜傅里叶变换数字全息的原理,分析了影响离轴无透镜傅里叶变换数字全息分辨率的两个重要因素，一是物的大小和记录距离，二是参考点光源的大小.指出在满足三像分离与采样定理的条件下，恰当选择成像区域、记录距离和参考点光源尺度，可提高成像分辨率.在此基础上分别使用线度为2 μm、6.5 μm和15 μm的参考点光源，对USAF 1951分辨率板中心的1.0×1.0 mm2和1.5×1.5 mm2的成像区域，在不同记录距离进行了相应的实验，获得了与理论分析相符的结果，证明了理论分析的正确性.

提出采用各向异性扩散(AD)算法对光学相干层析(OCT)图像作噪声消除和边缘增强的预处理，然后结合改进的相位一致(PC)算法进行边缘特征提取，并引入巴特沃斯高通提升滤波 进一步衰减低频噪声，增强高频边缘细节。对珍珠和视网膜神经纤维层的OCT图像进行处理实验，结果表明，上述三种算法的综合应用，使OCT图像噪声得到有效 抑制，轮廓清晰，特征部位得到加强。

提出一种基于各向异性扩散算法Catté模型的图像处理改进方法，通过对阈值k的修改以控制扩散强度，可实现在平滑光学相干层析图像的同时保护图像的边缘特征.对不同样品的光学相干层析图像处理.实验结果表明，改进后的算法更有利于噪音的滤除和边缘特征信息的保护.

对显微数字全息相位重构技术中影响重构像质量的两个因素进行了讨论。分析了用角谱法进行重构的过程中频谱滤波窗的大小与形状的选取对重构像质的影响,指出滤波窗口的选取应以刚好将原始像的二维频谱完全包括为原则;分析了在对放在载玻片与盖玻片之间的生物样品进行的实验中,重构像场倾斜的原因及相应的校正方法,并对这些分析和倾斜校正方法进行了实验验证。结果表明,要获得最佳的相位重构,应根据被测物体频谱分布的大小和形状,精确选取滤波窗。CCD探测面和样品的倾斜将导致重构相位像场的倾斜,通过图像处理可以得到一定程度的校正。