正交分光测量系统在动态位姿测量场景中有重要应用，待测目标的特征点坐标快速、有效匹配是系统实现动态测量的关键，传统坐标匹配方法存在速度慢、动态误差大等问题。提出一种基于射影不变量的多点坐标匹配方法，依据正交分光测量系统的成像特性，将射影变换中的交比不变量和顺序性作为坐标匹配的约束条件，设计了一种共线多点的合作靶标，完成图像坐标和物点的匹配，讨论并解决了测量过程中可能出现的坐标重叠情况。实验结果显示：所提方法单帧的坐标匹配时间最多为3 ms；随着被测目标运动速度的增加，与位姿解算方法optimal solution to perspective-n-point problem（OPnP）结合的旋转矩阵误差不超过6°，平移向量误差不超过2%。

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题, 提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成, 应用空间后方交会原理, 无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程, 设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程, 并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机 3 m的1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm空间内, 在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm, 深度方向的距离测量精度优于0.7 mm, 三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明: 该方法有效, 可被灵活应用, 具有良好的测量精度。

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成, 它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度, 两个相机交汇, 即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机, 内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外, 双相机的外参标定也被介绍, 外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明: 所提出的三维坐标测量方法有效, 具有良好的测量精度。

针对航空、航天等领域大型装备组装对接过程中的大尺度空间物体实时的位姿测量需求，对现有基于面阵成像器件摄影测量系统的二维测角功能进行分解与重构，提出一种基于正交柱面成像的位姿测量新方法。该方法充分发挥线阵CCD器件一维角度分辨率高、采集速度快、处理简便等优势，以正交柱面成像光路简化了相机结构，并采用非参数标定方法校正了柱面成像畸变。针对空间物体姿态测量的坐标同步问题，研究了基于扩展卡尔曼预测的实时识别跟踪方法，实现了多个目标并行测量，并通过基于Rodrigues参数的姿态解算模型实现了实时姿态测量。实验结果表明，该测量方法得到的空间点三维坐标测量精度优于0.5 mm，空间物体姿态解算在偏航、横滚、俯仰三个方向的最大测量误差分别为0.20°，0.12°，0.23°，具有较高的姿态测量精度。