针对目前工程测量领域六自由度测量存在精度低、实时性和便携性差等问题, 设计了一种激光标靶, 结合全站仪能够实现空间六自由度测量。在嵌入式平台上, 研究了一种以重心法为核心的光斑中心提取算法, 该算法重复性精度高、鲁棒性好。通过对相机的非模型化参数标定, 提出了一种姿态解算算法。实验数据表明, 激光标靶在全站仪坐标测量精度基础上, 滚转角和俯仰角测量精度可达 0.005°, 方位角测量精度可达 0.006 2°, 满足多种工程测量需求。

在椭圆边缘粗定位的基础上,根据椭圆粗定位信息及图像边缘梯度方向附近点的灰度分布特征,进行高斯拟合获取精确的亚像素边缘点,对亚像素边缘点进行最小二乘拟合,得到精确的椭圆中心位置。实验证明,该算法对椭圆中心定位精度和稳定性有较大提高,并有很好的实时性。

高精度的摄影测量中，双目视觉测量是一种高效可行的测量方法。为了研究测量中双像机位置关系对测量结果的影响，将像机标定、定向及图像坐标提取等干扰因素作为理想量来考虑，从双像机交会测量的数学模型出发，综合双像机光轴的交会角、像机视场角以及红外发光二极管(LED)的发光角等方面因素，通过分析双像机在不同位置关系下对测量区域中红外LED控制点进行测量的结果及精度，最终给出双目视觉测量中像机站位的优化策略。

遮挡问题是现有多摄像机测量网络在进行空间交会测量时存在的一个重要问题。当测量过程中有遮挡发生时，某些特征点可能仅能被一个像机观测到，传统的前方交会测量方法将不再可行。为了解决这一问题，通过特征点的几何约束来求解特征点位在全局坐标系下的粗略位置作为进一步迭代优化的初值，并根据可用的特征点（可以是能被所有像机观测到，也可以是仅被部分像机观测到）的多光线约束来建立最优化目标函数，通过迭代算法最终解算得出被测目标可靠的位置姿态。实验结果表明，该方法在解决实际应用中遮挡问题的同时，也能提供较高的测量精度。

针对任意形状感兴趣区域(ROI)编码算法在低码率下ROI重建质量差、编码时间长等问题，在优化的集合分裂树算法(SPIHT)基础上提出了一种适用于低码率的任意形状ROI编码方法。利用小波系数之间的空间位置相似性和所用小波滤波器的特征，以极少的码率实现了任意形状ROI掩模的描述，为提高算法效率奠定了基础；利用改进后的空间方向树结构以集合的形式测试ROI区域中更多的节点，提高了SPIHT中分类排序的扫描效率；以小波子带为单位的量化方法通过为每个小波子带选择合适的量化阈值优化了码流的输出，提高了低码率下ROI的重建质量。实验表明，提出的方法支持对多个任意形状ROI的编码；在不到0.04 bit/pixel的码率下描述出了整幅图像中任意形状ROI的掩模信息；在码率小于0.5 bit/pixel时，ROI的峰值信噪比(PSNR)比基于JPEG2000的多子带位平面平移(MSBShift)方法提高了2~7 dB ，编码时间缩短了30%以上。该方法具有ROI的重建质量高、编码速度快等特点，适于在低码率下应用。

针对传统的二次混频式激光测距仪鉴相精度不高，难于消除系统误差等问题，提出了正交混频相位激光测距法，利用成熟的正交调制技术进行激光光强的幅度调制，提高了基于二次混频原理的激光测距仪的鉴相精度，并且通过改变低频信号相位来获得两个相对很小的频差，易于消除系统附加相移，大大简化了二次混频式激光测距仪的硬件设计。详细阐述了基于正交混频相位测距方法的激光测距原型机设计要点。系统原型机设计方案采用了集成度很高的正交调制芯片完成，结构紧凑没有冗余元件。原型机实验精度达到±1.52 mm，在62.5 MHz频点下测相精度达到0.042°，并且可以很方便地通过加入多频调制的方法大大提高测量距离，是采用二次混频法进行相位激光测距的优秀解决方案。

室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种基于多向定位原理的新型网络式测量系统，为分析系统单站的测角不确定度，建立了角度测量模型，分析了影响系统测角精度的误差源并给出误差的评估方法，利用蒙特卡罗统计法进行了仿真，获得了测角误差的分布。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段，多齿分度台为角度参考基准的发射站水平角不确定度分析平台，实验结果表明该平台的有效性并获取测量空间内发射站的水平角不确定度为 2.2″。

介绍了一种基于旋转平面激光单站测角、多站交汇的坐标测量系统，并对其校准方法进行了优化。分析了系统的测角方式和多传感器交汇测量的特点，阐述了基于传统方法的单基站方位信息测量原理及系统结构，并提出了相应的单站结构参数和系统参数校准方法。针对转轴直线和光平面的特点，设计了配套附件并借助经纬仪标定了结构参数，同时通过接收器确定光平面初始位置来实现多站系统校准。为进一步完善校准技术，分析了影响校准精度的主要误差因素，基于此分别对结构参数标定方式和系统校准过程的控制加以改进，研究了一种系统一体化标定方法。实验显示，系统整体测量误差达到0.1 mm，证明了提出的校准方法切实可行，提高了校准精度。

为了提高柔性坐标测量系统的精度，提出了测量机器人本体的补偿方法。利用距离误差模型构造出机器人本体的约束方程，并求解出机器人的实际几何参数，进而将该参数应用于修正系统的运动学模型。通过运用修正后的运动学模型对车身点实施测量，并与跟踪仪的实测距离数据进行比较。实验表明，补偿前后测量系统的重复性精度基本没有发生改变，误差低于0.1 mm，但补偿后测量点间的距离误差由0.6 mm 降到0.3 mm 以下，精度大为提高。

本文全面分析了多维振动状态下旋转轴表面光的散射特性,提出了利用激光技术实施旋转轴系扭振和横振测量的方法。以扭振和横振的合并测量为基础,能实现两种振动的独立测量,且扭振测量不受轴系横振因素的影响。