提出了一种基于数字全息理论结合主动风向随动和复杂可编程逻辑器件驱动的纳秒尺度脉宽的脉冲激光调制技术，利用全域数字图像融合和局部亮度梯度方差算法的地形云观测方法。在六盘山地形云野外科学试验基地开展了长期的连续观测以获得地形云微物理参数。与该基地内基于光散射原理的测量仪器及前向散射能见度仪的观测数据进行比对，发现虽然两者长时间观测结果的变化趋势具有良好的相关性，但在2~4 μm和7~50 μm的云滴粒子区间，数字全息测量方法具有更强的观测能力。本文方法可为提高对云降水物理过程的理论认识和参数化方案的开发奠定数据支持，也可为天气、气候、人工影响天气和大气化学等领域研究提供重要的技术支撑。

喀斯特山区因地形复杂、 地表破碎等特点使得遥感影像中阴影、 混合像元及光谱变异现象普遍存在, 传统基于多光谱遥感的像元二分法(DPM)在光谱变异和阴影显著的区域难以准确的对喀斯特石漠化(KRD)信息进行提取。 采用高光谱遥感的混合像元分解技术可将复杂的混合像元分解为纯净的地物光谱与各地物光谱对应的混合比例, 为复杂山区获取更高精度的石漠化信息提供可能。 然而, 由于光照、 环境及大气等诸多因素的变化会引起端元发生不同程度变异, 导致在混合像元分解过程中出现显著的误差, 其次要从地形复杂、 地表异质性强的山区影像上直接获取地物纯净光谱建立用于应对光谱变异的光谱库极其困难。 因此, 如何在这种情况下应对光谱变异和地形效应, 获取有效、 准确的对石漠化信息进行提取是当前研究的重点。 针对以上问题, 采用通过模拟由光照条件造成的地物反射率变化, 并考虑每个波长间隔光谱变异情况的广义线性混合模型(GLMM), 以减轻喀斯特地区石漠化信息提取过程中光谱变异与地形效应的影响。 首先, 从GF-5高光谱影像中提取喀斯特地区主要地物(植被、 裸岩、 裸土)的典型代表性光谱, 然后基于提取的地物光谱模拟不同光照下每个像元光谱的变异情况, 选择最适合的光谱组合对像元进行分解, 得到最优的解混效果。 为了验证方法的可靠性, 利用高分辨率影像目视解译的结果作为参考对方法预测结果进行验证, 同时选择未考虑端元变异的全限制最小二乘法(FCLSU)和DPM进行对比。 结果表明, 在地形高度复杂的喀斯特山区, 考虑阴影、 混合像元及光谱变异是必要的, GLMM在石漠化信息提取中总精度达到了84.89%, 明显高于其他两种方法的59.68%和67.34%。 通过对光照区和阴影区分别进行精度检验, 发现GLMM在光照区与阴影区有着相似的精度表现, 而另外两者则差异较大, 阴影区明显低于光照区。 这反映GLMM能较为有效地减轻地形效应的影响, 对喀斯特石漠化信息提取的精度有一定提升。

作为一种三维成像技术，激光线扫描技术在海底目标探测和地形地貌测绘中获得了广泛应用。本文搭建了一套水下激光线扫描实验装置，对经过标定的激光线扫描装置获得的图像进行激光光条提取、特征提取匹配等图像处理后进行三维重建。在光条提取算法方面，针对水下散射粒子等干扰，结合单通道阈值法和灰度重心法提高了光条提取的精度，较其他光条中心提取算法有更强的鲁棒性；在特征提取匹配方面，提出了一种基于图像的三角位移估计法用于系统定位和位姿矫正，该方法利用线结构光三角测量原理估计场景深度，结合特征点匹配计算系统位移，然后融合点云数据完成姿态矫正。利用自研的线扫描系统在实验室进行了标准球精度测试，在800 mm~2 500 mm的工作距离内误差可以控制在1 mm以下。2019年和2020年该设备搭载遥控无人潜水器进行了深海海底地形三维成像试验，在海底沙坡区域对本文提出的三角位移法姿态校正方法成功进行了验证，并进一步对不同条件的海底地形进行测试，结果表明校正后的激光线扫描成像装置能够快速准确地成像，具有较高的形貌还原度。

提出了一种空间光场中小天体在轨序列图像渲染观测方法，综合小天体的表面反射特性、轨道特性与观测需求，提供目标在观测时刻的位姿序列、光照角度和相机特性等参数，生成符合探测器成像特性的物理渲染图像集。完成了三维基准模型的建立、反射特性文件的生成及物理渲染的光线追迹。由渲染图像真实度检验与地形三维建模实验，针对糸川小行星在特定观测时刻与位置的图像进行闭环模拟观测验证。实验结果表明，通过匹配重建模型的二维投影地形图，图像灰度值配准的平均均方根误差为0.178 5，对应小天体地表0.062 8 m左右的海拔高差。该渲染观测方法能够有效服务于小天体地形模型重建与相对导航闭环分析环境的搭建。此外，为满足在轨快速解算需求，提出了归一化光谱与灰度响应的快速转化方法，在精度不变的情况下，解算时间为3.48 s，由数小时缩短至秒级。