基于光谱的灰色系统推断测量是以光与物质间的相互作用为因果性基础,以光谱数据作为特性表征空间,通过经验或半经验的数学模型将光谱信息映射到灰色系统中待测属性维度上进行的间接测量。近年来,此类测量在照明显示、农牧食品、生物医药等应用领域中的需求日渐增加。本论文将其核心科学问题归结为异维标尺定标问题,将维度较高的光谱维数据映射到感兴趣的待测变量维度上,本质上是一种降维映射定标过程。本文围绕这一核心问题,开展了一系列相关研究工作。由于光谱数据本身是一种仪器依赖的表征数域,推断测量是以光谱测量作为基础测量的间接测量,所以基于光谱的推断测量技术是一种仪器加模型的间接测量技术。本论文的研究包括以下两条主线:一条主线是从硬件的角度进行研究,通过光谱仪的系统优化设计研究了光谱数据在波长维度和能量维度上的仪器依赖特性;通过波长定标研究了探测器的像素采样与波长标尺之间的匹配关系;然后研究了辐照度量纲的结构化,即基于光筒的定向立体角约束和基于余弦校正的半球方向约束;研究了辐照度定标系统结构中的双圆盘耦合传递和直接耦合传递两种形式的辐射传输形式;研究了颗粒结构样本的漫射相互作用空间的几何特征,并设计了与此特征匹配的环带光纤耦合收集装置。该主线研究旨在说明光谱测量仪器作为光谱域的标尺系统不仅数据的信息维度高,并且实现光谱域信息映射的硬件系统的参数维度也比较高。不同的光谱测量系统作为光谱域信息的表征标尺差异甚大,即使是完全同样设计下实现的仪器系统也会由于参数维过高而存在标尺维度偏离。所以基于光谱的推断测量方法对仪器的依赖性影响了模型的有效性和一致性,本文所研究的推断测量模型仅适用于本文中所使用的硬件系统,模型在硬件系统上的转移将会是今后的一个重要研究内容。另一条主线是从模型的角度进行研究,以波长定标为例研究了机理模型与数据驱动模型的关系及适用性;以基于黑体的光谱辐照度定标为例研究了大尺度定标中模型的参数影响及选择;以基于辐照度的辐射源温度推断测量为例研究了测量模型中存在未知参数时利用维度优势的参数拟合推断方法;以多主色LED光源的色温推断测量为例研究了以光谱域作为中间映射空间的多层映射模型推断测量方法;以基于吸光度光谱的小麦蛋白质成分推断测量为例研究了复杂生物样本的多元统计定标模型中的异常样本影响、识别及处理;以基于吸光度光谱的粳米食味推断测量为例研究了跨空间映射中的感知推断模型。该主线旨在通过典型的代表案例研究异维标尺定标中常见的主要问题和解决方法。研究案例从系统的灰色程度来看,系统的未知程度越来越高,波长定标和光谱辐照度定标均是机理模型清晰的白色系统,但由于机理模型直接计算的复杂性和不易操作性,仍可以将其视为灰色系统,以参考比对与多项式拟合模型来进行定标;辐射源温度推断测量则是机理模型中含有未知参量的灰色系统;多主色LED光源色温推断测量属于光电热多层参数映射的高非线性灰色系统;小麦的推断测量属于复杂生物样本的解空间不稳定灰色系统;粳米食味的推断测量属于跨主客体空间的灰色系统的映射推断。本论文所研究的几个推断测量案例均达到了实际应用对测量精度的需求,证明了基于光谱的推断测量对灰色系统的有效性。该技术之所以能够建立经验(或半经验)模型实现跨维度的映射测量,很大程度上要归因于数据驱动的定标方法。在不同推断测量案例中,本文分别利用留一交叉验证算子分析了数据驱动定标方法中定标参考点的尺度权重、参数维权重、以及样本权重问题,研究结果表明,这种数据驱动方法具有定标参考点依赖性。在定标点有限的情况下,子空间信息分析方法是唯一有效的模型验证和模型优化方法。从LED色温推断测量和粳米食味推断测量两个应用案例来看,基于光谱的推断测量技术,能够通过异维定标的方法将待测目标的光谱空间与物化特性空间再与人类生理及心理感知空间之间建立一种跨空间映射模型,是一种人本位的推断测量技术,随着技术的进一步发展将会有更为广阔的应用和发展空间。