随着低空无人机（unmaned aerial vehicle, UAV）技术的快速发展, 搭载光学传感器的小型消费级无人机可快速、 灵活地获取目标对象的高分辨率影像数据, 在地学各领域中呈现出广阔的应用前景。 UAV-SfM(structure from motion)作为成像3D立体构建的最新技术方法, 是深化低空无人机技术地学领域研究的核心技术, 但目前对于运用UAV-SfM方法获取数据综合精度的研究不足, 影响了该技术进一步的推广应用。 针对DJI Phantom 4 RTK消费级无人机是否具有应用于滇中高原山地浅层地表变化检测的可能性问题, 选择了东川红土地典型坡耕地为试验区, 采用相同航高重复飞行规划方案, 并运用SfM-MVS关键技术处理获取同一测区重复的DSM与DOM数据。 为了评价分析针对典型坡耕地的UAV重复观测的测量精度, 特别对实验区中的裸露坡耕地Ⅰ和有作物生长的坡耕地Ⅱ, 分别采用基于剖面线的3D离散点抽样和基于窗口面的3D点集抽样方法, 开展了对UAV重复观测坡耕地的3D点位精度评价。 点位精度分析表明: ①基于剖面线的3D离散点抽样及精度分析, 坡耕地Ⅰ平面点位精度误差均值为±0.029 m, 3D点位误差精度为±0.072 m; 坡耕地Ⅱ平面点位精度误差均值为±0.032 m, 3D点位误差精度为±0.075 m。 ②基于窗口面的3D点集抽样及精度分析, 坡耕地Ⅰ平面点位精度误差均值为±0.013 m, 3D点位误差精度为±0.066 m; 坡耕地Ⅱ平面点位精度误差均值为±0.038 m, 3D点位误差精度为±0.076 m。 综合分析得出, 基于剖面线单点抽样评价精度结果整体好于基于窗口的3D点集抽样评价精度, 但总体上平面精度与垂直精度均能够达到厘米级。 实验对比分析研究得出, 不同地表粗糙度对UAV重复观测精度存在影响, 地表粗糙度大的3D点位误差比粗糙度小的点位误差大。 该研究成果可以为基于无人机与SfM方法的地貌数据采集与三维重建的精度控制和采集方案设置提供定量参考。

针对双目视觉系统在远距离目标点三维坐标测量中的问题,首先,基于双目视觉测量系统的原理,分析了双目视觉中相机标定和三维定位过程的主要误差来源;然后,推导了双目视觉三维定位测量系统与相机参数、特征点匹配精度、像元大小、焦距、基线长度与测量距离之间的导数关系。最后,通过仿真实验得到各参数对测量系统定位误差的影响。实验结果表明,该误差模型对双目视觉测量系统的设计具有一定的指导意义。

针对四星时差定位系统，提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精确度分析方法。该方法基于四星时差定位原理推导三维定位精确度模型，理论分析时差测量误差与站址误差对该三维定位精确度模型的影响。通过仿真验证四星不同布站情况T型、Y型、方型及不规则型对定位精确度的影响，并进一步研究在不同布站情况下的基线长度、卫星轨道高度、目标高度等对定位精确度的影响。仿真结果表明，四星时差定位在Y型分布时具有最佳的定位精确度；并且定位精确度随基线长度与卫星轨道高度的增加而提高，随目标高度的增加而降低。

针对数字图像相关(DIC)实验中, 普通喷漆散斑无法满足超高温环境需求, 研究了数字散斑场(DSPs)的制作和转移方法。数字散斑场的设计通过矩阵转换确定每个散斑点的圆心坐标, 然后给每个圆心坐标施加一个随机度, 并由MATLAB软件编程实现。用激光打标技术将其转移到试件表面, 通过圆度和面积比分析了散斑的精度, 并通过平均灰度梯度法将喷漆散斑和数字散斑场进行对比分析。研究结果表明, 运用激光打标技术转移的数字散斑场精度高于普通喷漆散斑且质量稳定。将数字散斑场运用于拉伸和高温焊接实验, 实验中散斑随着试件一起变形, 没有出现脱落及遇高温融化等现象。

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设, 即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知, 而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响, 为降低这种影响, 对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础, 通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变, 提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型, 给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量, 实验结果表明: 当偏振片消光比为100∶1时, 理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%, 修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度, 使偏振成像系统能够拥有更大视场, 成本降低。