阴影形状、偏转测量和光度立体法等多种手段都能得到场景的法线场, 需要进一步重建才能获得高度场, 因此由法线场重建场景的深度信息值得研究。提出一种由离散法向量恢复高度场函数的方法。首先, 基于离散几何的原理, 逐行估计场景的行高度值; 然后计算少量列高度; 最后根据列高度值, 逐行调整各行的高度平均值, 得出整个场景的高度分布, 其中在估计行高度值与列高度值的过程都运用了最小二乘法。该方法由于减少了优化的数据量, 不需要大型的矩阵运算和运算内存, 并且对于物体表面连续并且光滑的曲面会有较好的效果。实验表明, 该方法对曲面连续突变较少的场景的深度恢复较好, 但对于突变较多的场景, 所恢复出的高度会有横条纹。

为了降低光谱反射率重建设备的复杂度和成本并且在宽带光谱上进行更高精度的反射率重建，采用宽带多光谱成像的方法，将投影仪的红、绿、蓝三色光作为光源，用彩色数码相机对光谱图像进行采样。在主成分分析法的基础上引入加权系数，以及误差校正函数，利用改进后的方法重建色卡、染色纸张、油画表面的反射率。选取表征反射率重建精度的均方根误差、拟合度系数、光谱匹配偏度指数3个指标，对所提方法与主成分分析法和加权伪逆法的重建结果进行对比，结果表明：所提方法的重建精度较主成分分析法提高了约45%，较加权伪逆法提高了约30%；由所提方法计算的反射率重建的颜色色差值也优于后两者。

针对传统方法中检测变形油画的表面形貌时需要将油画布拆卸下来的情况, 提出了一种油画表面三维形貌无损检测的方法。应用结构光三维检测技术获取油画表面的绝对相位分布, 使用最小二乘法拟合二次曲面作为参考面, 再将绝对相位与参考面的差值作为实际相位, 从而得到油画表面的高度分布。实验结果表明, 该方法能够在不拆卸油画画布的情况下实现无损检测, 对于不同变形程度的油画均具有较理想的检测效果。

随着三维测量技术的不断发展，如何快速、精准地测量大场景物体三维形貌成为研究热点。对相位测量轮廓术进行改进，运用改进的相位计算方法对物体三维信息进行测量，并结合幅度信息解决了相位测量轮廓术仅能测量表面信息，但不能确切测出所在物体的位置的问题，该方法适合测量大场景中各物体的三维信息。实验结果表明：所提方法原理简单，对不连续物体的测量结果较好，既可以确定物体位置，也可测量物体表面三维信息。

由于生产工艺灰尘、坏像素等多种因素都会造成CMOS像元辐射响应特性不一致, 影响成像系统的图像质量, 因此, 能够高效快速地测出异常像素的位置和大小是图像处理过程中必要的预处理技术。通过实验分析了固体成像器件像元的响应特性, 提出了一种基于K-Means算法的CMOS像元响应特性分类方法, 该方法根据像元像素值存在的差异, 不仅能够有效地检测出异常像元, 而且可以对异常像元进行分类。实验表明, 该方法能有效地检测出CMOS器件中异常像元的位置, 和异常像元区域大小与传统的”3[σ]”算法相比, 该方法对异常像元区域查找速度快, 定位准确。

提出了一种基于机载LiDAR点云数据的电力线自动提取方法。先对LiDAR数据进行空间网格划分;再依据电力线在三维空间中的水平分布特性,利用改进的欧氏聚类实现电力线粗提取;采用电力线与电力塔的相连性,估算出电力塔顶端的空间坐标位置;使用改进的欧氏聚类实现单根电力线提取,利用直线和抛物线相结合的模型求解单根电力线的中心线方程及其半径;最后根据电力线方程和半径自适应生长电力线于绝缘子处,并得到单根电力线的完整点云。实验结果表明,对比于支持向量机(SVM)结合几何特征方法的分类效果,所提方法可自动、快速和精确地从电力巡线数据中提取完整的电力线,对电力巡线具有一定的应用价值。

展示了所构建的基于四平面镜的单相机三维(3D)采集系统, 介绍了系统所采用的三维扫描的几何光路, 分析了从图像解析出高度的3D采集算法、空间分辨率与图像分辨率的关系, 也讨论了算法的优化以及3D再现技术。从实验结果可以看出, 与采用激光扫描的3D采集系统相比, 基于镜像视差的3D采集系统, 结构更简单, 而且可以同时采集出物体的空间结构和表面纹理颜色, 是一种有效的3D采集手段。

在给定的照明和观察条件下，由普通商业数码相机的信号值重建物体表面的光谱反射率是当前颜色科学工程领域的重要研究课题。选用佳能EOS 400D数码相机分别配合蓝色、绿色滤光片来采集物体表面的RGB信号，分别采用R矩阵法和主成分分析法（PCA）进行色卡和国画中指定色块的光谱反射率重建研究。实验结果表明，R矩阵法的色度精度和光谱精度均优于PCA。利用R矩阵法重建国画中参考色块光谱反射率，结果表明该算法能满足高精度艺术品再现的需要，具有较高的应用价值和现实意义，在颜色复制、颜色质量评估和数字典藏等领域拥有广阔的应用前景。

对国画样品反射参量和特性进行测量与分析，结合色度学相关理论提出了一种利用亮度信息匹配的国画图像重建方法。采用色调饱和度亮度(HSI)色空间对国画辐亮度与色度信息进行分离，利用Gaussian函数对不同照明角度下PR-715实测图像色块亮度数值进行拟合，从而建立对应的空间亮度函数关系式。选择90°照明角实拍图像为参考色块，将该图像HSI色空间的色度信息与拟合空间亮度信息相结合，重建出任意照明角度下的国画色块图像，并与Canon EOS 400D单反相机实拍图片进行比较分析。结果表明，利用亮度信息匹配方法能够准确对国画色块图像进行重建，该方法具有较高可行性与可靠性，对绘画艺术品文化遗产数字化的重建与真实复制有重要的实际应用价值。