针对大型桥梁车辆移动荷载监测场合中车辆的重心估计能力不足和车辆再识别困难等问题，提出一种基于点云灰度图的彩色图像与点云快速融合方法，以提高对车辆的空间定位能力和对目标的辨识能力。首先利用立体标定靶对不同视角相机和点云采集装置的位姿进行标定，获取它们彼此间的相对位置和姿态；然后利用标定的结果对不同视角采集到的点云进行拼接，得到完整的车辆点云；再将完整点云转换至彩色相机坐标系并投影，提取点云灰度图，实现彩色图像与点云灰度图的配准，将其姿态调整至与车辆实体在彩色相机坐标系内的位置和姿态一致。进一步建立彩色像素点与三维点云间的映射关系，并将颜色信息与点云相关联，从而实现彩色图像与点云的融合。利用融合后的彩色点云和相机成像模型，可以得到车辆在彩色相机坐标系中的虚拟图像，为车辆的再识别提供依据。结果显示，相比于采样一致性算法，所提配准算法缩短了约74.1%的耗时。实验表明，所提算法实现数据融合后生成的彩色点云具有较高的还原度，证明了所提算法的可行性，为解决类似的问题提供了新的思路和方法。

提出一种基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统,采用一个激光投影仪投影大幅条纹,多相机分布式采集的方法扩展视觉三维测量系统的测量范围。标定过程首先使用小型平面靶标标定基准相机二维图像坐标和相位值到三维世界坐标的映射关系,之后在相邻相机部分视场(FOV)重合的前提下,利用柔性靶标定位标定相邻相机图像坐标的转换关系,最后将各个相机的图像坐标全部转化到基准相机的图像坐标系下完成图像拼接,由基准相机图像坐标到世界坐标的映射完成全局三维测量。实验结果表明,使用图像拼接方法的测量精度略低于相机单视场测量的精度,但精度损失较小,满足工业在线测量的要求。该方法避免使用昂贵的辅助测量仪器和加工高精度大型靶标,为多相机视觉测量提供了成本低、使用方便的解决方案。

标定方法一直是线结构光三维测量系统研究的关键要素。重点讨论了线结构光传感器标定方法中的三个问题:标定靶物、光平面标定方法以及标定精度评定方法的比较。首先,总结了常用的标定靶物类型及其标定特点,为标定靶物的选型提供参考;然后,按照标定靶物和传感器标定时的相对运动关系,将当前主要的光平面标定方法划分为三类,分别是靶物与传感器位置关系固定不动的标定方法、靶物与传感器之间存在可控运动的标定方法以及靶物与传感器之间可自由移动的标定方法;其次,系统归纳了现有标定精度的评定方法,分析了各种方法的原理以及特点;最后,总结了线结构光标定方法的发展现状,指出线结构光自扫描测量系统和水下标定是线结构光传感器的发展趋势。

地面三维激光扫描仪在监测变形时, 需利用标靶进行多期数据的配准, 因此标靶配准的精度直接影响测量误差。为了提高配准精度, 对不同标靶布设方案进行了测量误差分析。实验分别利用25, 50, 100, 150和200 m的M1~M8靶点进行配准, 然后通过对比两期数据的目标点坐标, 得出不同标靶布设距离的测量误差, 并对实验误差进行系统分析。实验结果表明: 三维激光扫描仪标靶的最佳位置在距离扫描仪50 m左右处, 且当匹配存在角度偏差时, 在同方向上被测目标的测量误差会增大。通过不同标靶布设方案的实验研究得出标靶的最佳布设方案和注意事项, 可为实际边坡工程监测的标靶布设方案提供参考。

提出一种新的标靶校正方法。首先，用一台数码相机从不同角度拍摄标靶，获取多幅图像。分别提取各图像中标志点的中心作为特征点，根据标靶图案的拓扑关系，建立各幅图像间同名标志点的对应关系，并结合光束平差计算特征点的三维坐标，该特征点的三维坐标由尺度因子所约束。最后，根据任意两个特征点的实际距离来获取尺度因子，并将各特征点的三维坐标缩放至实际尺寸。经实验验证，本方法校正的标靶具有较高的精度，操作简易，成本低，可广泛适用于视觉测量及系统标定。

在摄像机标定过程中，提取标定模板图像特征点的精度是影响摄像机内外参数标定精度的重要因素。本文根据条纹投影三维轮廓测量实验系统的要求制作了点阵列标定模板，在图像处理边缘理论的基础上，以圆的解析特性为依据，采用坐标转换思想，引进圆系描述点、圆对应关系，运用统计学理论，提出提取点阵列标定模板图像特征点的新方法，并通过实验验证了该方法的正确性和可行性。为下一步的摄像机内外参数求解做了铺垫。

提出一种基于相位标靶的光学坐标测量方法，与有3个以上的标记点的辅助测量棒(传统标靶)相比较，由于相位标靶特征点数量的大量增多以及基于相位计算的精确的特征点的提取，使得用这种标靶进行测量时，其测量结果更为准确和可靠。在计算机屏幕上产生二维正弦条纹，并以此作为校准靶进行摄像机标定。设计制作的相位标靶由小型特征图象屏和测棒组成， 采用相位测量技术及条纹处理方法计算特征图象屏各点的相位和面内坐标， 进而计算测棒上测点的三维坐标。 将该相位标靶用于光学坐标测量， 提出了标靶移动时坐标变换的计算公式和移动距离的计算方法， 分析了测量误差的成因。 实验得到了准确的光学坐标测量结果， 证明了该方法的有效性。