气体放电涉及多物种、不同时间尺度的物理化学过程,因此对放电状态的宏观检测与微观描述是一个多尺度耦合的科学前沿问题。另一方面,在气体放电光学图像数字处理领域,过去形态学研究主要集中在紫外图像,色度学研究又主要集中在热等离子体的红外图像,关于非热放电的可见光颜色研究基本没有。由于光电检测技术的进步,高像素的可见光图像包含更加丰富的空间结构信息,使得探测颜色分布的规律成为可能,也为与微观尺度过程的关联提供了一个新的途径。本文基于可见光放电图像的特征信息,结合光谱、电流电磁波形和纳秒图像的检测,以及数值模拟,开展了大气压电晕放电状态多尺度特征关联研究,取得的具体成果如下:通过大气压空气电晕放电可见光图像空间分布灰度和色度特征的研究,建立了一套反映放电状态的灰度和色度指标,并通过与电流波形、特高频电磁波和高速相机的多维度多尺度关联分析,发现了三个实验现象,建立了电晕放电阶段划分的新指标。（1）提出一套反映放电状态的定量化指标。该套指标能够有效描述放电图像和光谱的特征,图像与光谱的RGB色度指标有很好的关联性,图像与电流的关联性分析证明了颜色色度属性对应于电流脉冲幅值,亮度属性对应于电流脉冲频率。（2）发现了短间隙极尖型棒-板电极结构中存在电晕型（非热）先导现象。图像灰度指标的空间分布存在“平台”结构,同时单个电流、电磁波脉冲的形态结构和相关计算证明了电晕型先导存在,另外通过高速相机直接拍摄到了“茎”结构。（3）发现并定量识别了交流电晕丝状放电的变化过程。交流电晕正半周存在微弱的丝状放电,其长度先增加、后降低、最后消失,最大轴向长度为3.5mm。（4）发现并定量识别了棒-板电极结构负直流电晕中,板电极一侧阳极性放电的变化过程。在无脉冲放电之前,阳极平板附近存在放电现象,色度特征显示阳极性放电有别于针尖附近的脉冲放电。定量描绘了阳极性放电从阳极板附近发展至针尖附近的空间变化。（5）根据正半周丝状放电和长刷状放电的变化,将交流电晕划分为“发展阶段”、“抑制阶段”、“稳定阶段”、“预击穿阶段”四个阶段。以电流脉冲和色度指标为依据,将负直流电晕细分为“初始阶段”、“单模式放电阶段”、“双模式放电阶段”和“无脉冲放电阶段”四个阶段。通过大气压空气电晕放电可见光图像色品坐标特征的研究,建立了一套从宏观图像到微观光辐射过程以及等离子体物理参数的多尺度研究模型和方法。（1）提出了以放电图像的色品坐标轨迹研究宏观放电现象的方法,发现了电晕图像色品坐标移动轨迹近似直线的规律,色品坐标移动过程反映了氮的第一正带系和氮的第二正带系强度之比的微观过程变化。（2）实现了电晕光谱至色品坐标的跨尺度转换,其中电晕光谱的色品坐标与图像的色品坐标关联性良好,电晕光谱色品坐标主波长这一宏观现象指标的变化能够反映微观过程电子振动温度的变化。（3）建立了图像色品坐标估算等离子体物理参数的模型。提出了电晕光谱反演模型,引入了颜色基底和光谱基底的概念,提出了颜色色度属性和亮度属性与反应物物种（谱线波长）和能量状态（谱线幅值）的对应关系。通过构建质量守恒方程组,并考虑不同激发态物种和理化反应,建立起了以电子温度、电子密度与激发态物种之间关系为核心的电晕放电碰撞辐射模型。联合电晕光谱反演模型和电晕放电碰撞辐射模型,实现了图像色品坐标对放电等离子体物理参数的估算。通过流体模型的数值模拟,为前述成果提供了时间和空间的关联分析。（1）说明了空间离子对电离电场的作用,电离电场是影响图像色度属性和电流幅值的重要因素。（2）讨论了外加电场和负离子电荷对针尖真实电场恢复电离能力的作用,真实电场恢复电离的能力决定了图像亮度属性和电流频率。（3）提出负离子团和负离子云模型,分析了负离子云团形成机理和空间尺寸的异同,解释了仿真模拟中观测到的负离子融合现象,并尝试提出阳极性放电产生机制。