针对超大范围相机标定和定向的难题，提出了一种双相机联合标定与定向的方法。采用无人机携带长度尺构建大型空间虚拟标定场的方式，两台相机同时采集长度尺两端标志点图像；并利用长度尺空间长度作为约束，建立自标定光束平差模型，解算两相机各自的内方位参数和畸变系数及相机之间的相对外方位参数；最后利用重建长度尺的长度进行误差和精度评估。在40 m×10 m×14 m的超大范围下，所提方法重建长度尺时的平均长度误差为0.193 mm，均方根误差为2.316 mm，相对精密度优于1/20000。实验结果表明，所提方法可在超大范围下方便准确地标定双相机系统的全部参数，具有操作简便、成本低、精度高的优点，具有很强的适用性，为超大范围大尺寸结构视觉测量提供了方法参考和数据依据。

作为影像位姿解算的传统方法,光束平差法已被广泛应用于倾斜航空影像定向任务;但其高度依赖良好初值的限制条件,导致在导航系统缺失或者导航精度有限的飞行任务中常发生收敛缓慢或收敛失败的问题。因此,为了在初值质量不佳或缺失的情况下进行有效迭代,提出了一种基于局部到全局优化策略的倾斜图像定向方法来提高优化迭代解算的鲁棒性。所提方法首先根据最大重叠原则来构建“局部地图”(由1个正视图像和4个斜视图像构成),然后通过优化这些局部地图来形成“全局地图”。在局部地图中,图像同名点用作约束优化的观测值,以此来获取每个局部地图的未知参数和对应的权值矩阵(信息矩阵)。在全局地图中,局部地图的变量估计值及相应的权值矩阵一起构成全局优化问题的观测量和权值。通过一组大型仿真数据集和一组小型国际上公测的真实数据集,对所提方法进行了测试。实验结果表明,与传统方法相比,所提方法在精度不丢失的前提条件下,收敛速度和收敛性更优。

在完成对投影仪的参数标定后可将投影仪看作另一个相机,并将其与双目相机组成三目立体视觉系统。不同于借助高精度平面靶标的传统标定法,本文只需一个简易制作的无标识白纸靶标即可获得由双目系统提供的特征点世界坐标。使用线性模型和包含薄棱镜畸变系数的畸变校正模型完成对投影仪的初步参数标定,采用改进的光束平差法对投影仪与双相机的参数进行全局最优估计。标定验证实验结果表明,改进的光束平差法可以实现参数的优化。对标准平面的测量对比实验证明,三目立体视觉系统可以提高测量精度。

遥感影像拼接技术作为影像成图的重要手段，一直是遥感领域研究的热点。在保证拼接精度的同时，如何提高拼接效率，成为低空遥感技术应急应用的难点。针对低空航空遥感影像成像姿态变化剧烈、数据量大等特点，提出针对无序影像改进的基于稀疏矩阵的光束平差SURF拼接算法，即对无序影像进行特征选取和匹配，自行判断相邻和相间位置信息，配准平差中引入稀疏矩阵进行加速。方法在保证精度的同时，极大提高了航空相机影像拼接算法的速度，能很好地解决无人机影像高建筑物的拼接错位问题。无人机倾斜数据集拼接和航空相机影像拼接的结果验证了利用本算法进行高空间分辨率影像拼接的精度和效率。

大型槽式太阳能反射镜面尺寸大,对测量精度要求高,需要高精度的测量方法完成对其面形的三维重构。为了提高反射镜面形检测的精度和效率,提出并实现了一种基于大尺寸摄影测量技术的大型槽式太阳能反射镜面检测方法。针对大型槽式太阳能反射镜面,该方法首先利用凸包检测法筛选不共线的像点对,然后利用五点相对定向方法求解相机相对外参数以及利用光束平差方法对测量点的三维坐标进行优化迭代,最后将测量点拟合的抛物曲面的信息和反射镜的设计参数进行对比分析,从而完成大型槽式太阳能反射镜面的面形检测。利用该方法在尺寸为12.0 m×5.7 m×1.4 m的槽式太阳能反射镜上进行测量实验,结果表明反射镜上的测量点的均方根误差不超过0.033 mm,拟合曲面的z轴误差平均值和标准差分别为1.050 mm和1.466 mm,这些数据可以满足大型太阳能反射镜面形检测精度的要求,验证了摄影测量方法的可行性。

针对大尺寸物体形貌测量应用, 设计一种视觉形貌测量新方法。该方法是将两套没有公共视场的单目视觉传感器组合起来联合交汇, 分别用于位姿测量和单目多位置交汇测量。位姿测量通过求解PnP问题为单目多位置交汇测量提供位姿信息。单目多位置交汇测量利用位姿测量提供的辅助信息通过光束平差解算出待测物的形貌。分析了系统原理, 给出位姿测量PnP算法实现过程, 介绍了非公共视场相机的标定方法原理, 分析了单目多位置交汇测量的原理并给出实现方法。最后进行了测量方法的验证实验, 实验结果表明, 在3 m×3 m的工作范围内系统测量精度为5 mm, 证明该方法可以用于大尺寸物体形貌测量, 且结构简单轻便, 具有很强的灵活性。

结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法，提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先，通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物，并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后，基于非参数化的光学畸变模型，采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场，并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后，利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置，验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数，并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明，采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%，能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。

考虑输电塔架结构复杂，需要做承载变形真型实验来检测塔架实际承载能力的问题，本文提出了一种三维全场变形光学测量方法来解决塔架真型试验中存在的大尺寸、大变形、多测点、三维变形、塔架承载形态保持时间短等测量难点。该方法基于工业近景摄影测量技术重建单个状态下塔架测点的三维结构，利用具有身份信息的人工标志点来实现不同状态测量结果的对齐。通过跟踪固定在塔架上的变形点，计算相应部位的位移来获取真型塔架在不同负载下的整体变形。精度评估实验表明，提出的方法测量精度优于0.1 mm/4 m; 真型实验显示，测量结果能够为塔架结构力学性能分析和改进塔架设计提供有价值的参考数据。该方法具有现场工作量小、不干扰测量对象、量程弹性大等优点，能够满足各型塔架三维变形测量对效率和精度的要求。

对自主研制的激光跟踪仪的精度评定进行研究，以期解决大尺寸空间坐标测量系统的空间坐标精度难于评定的问题。 考虑现场环境条件、仪器状态和操作者技能等因素对测量精度影响都很大，提出了基于光束平差原理对激光跟踪仪系统进行精度评定的方法。通过Matlab软件对激光跟踪仪的精度评定进行了仿真，仿真结果显示光束平差法能客观地反映激光跟踪仪的测量精度。另外，使用Faro生产的激光跟踪仪进行了实物实验，实验结果显示其水平角精度σH为1.97″，垂直角精度σV为2.61″，测距精度σD为3.75×10-6，对比Faro生产的激光跟踪仪精度(σH=2.0″；σV=2.0″；σD=4 μm)可证明采用光束平差法评定自主研发的激光跟踪仪测量精度是正确、可行的。该方法为探索激光跟踪仪新的应用技术、开展面向对象的测量不确定评定奠定了基础。