现有的工业摄影测量系统通常需要在被测物表面布设一定数量的编码点,但是许多工业产品表面并不具备布设编码点的条件。为此,提出一种无需布设编码点的工业摄影测量的实现方法。该方法只需利用一台向被测物投射散斑纹理的投射装置、一把恢复尺度的标尺,以及一台能对被测物体多角度拍摄的相机。为了完成高精度的多视图几何框架的求解,采用一种“由粗到精”的两步重建策略,并提出一种带旋转补偿的数字图像相关(RFDIC)方法来解决大旋转角度图像间的高精度匹配问题。实验结果表明,RFDIC方法对标尺长度测量的误差小于0.01 mm/m,与最新商用的三维测量系统点云重建算法相比,二者的误差约为0.055 mm,满足工业摄影测量的精度要求。

针对大型工件难以进行全尺寸测量的问题，提出一种基于运动恢复结构的便携式空间点定位方法。首先使用具有身份唯一性的编码点粘贴在被测物体表面，实现各视图对应点的稳定匹配；接着为避免不同坐标系下位姿转换引起的累积误差，选定统一的坐标系，提出基于重心约束的基准定位算法；在此基础上，进一步确定相机运动参数的稳健性估计；最后利用多视图几何限制重建标志点的三维坐标，并用光束法平差对三维重建结果和相机内外参数进行全局优化。实验结果表明，该方法可实现大型工件的高精度测量，三维测量精度最大误差为0.133 mm，平均误差为0.031 mm，可满足工业现场对大型工件测量精度的要求。

在摄影测量中, 采用人工编码点可以有效提高测量精度。为了提高二维散斑测量的精度和效率, 引入了一种有效的GSI（Geodetic Systems Incorporation）编码点。研究了GSI编码点对二维散斑测量精度和效率的影响, 采用亚像素搜索和曲面拟合相结合的方法进行数据处理,并对结果进行了分析。实物实验中引入编码标志点, 降低了测量误差, 提高了计算效率。

针对双目视觉测量中的立体匹配问题，提出了一种基于主成分分析(PCA)算法和尺度不变特征变换(SIFT)匹配算法相结合的双目视觉立体匹配新方法。该系统以GSI 编码点为特征点，利用双目相机对以散斑为背景的编码标识板进行成像，利用PCA 算法与SIFT 算法结合的新算法对采集的图像进行特征提取与匹配解算。可实现对GSI 编码点特征的准确提取和立体匹配,并测量出不同位姿下特征点之间的精确位移。实验验证部分引入GSI 编码技术并在行程为1000 mm×1000 mm 二维高精度平移台上进行，实际测得位移的绝对误差在5×10^-2 mm 之内，验证了该系统的高精确性。

由于现有以大数据量和计算量为基础的大尺寸动态视觉测量系统处理速度较慢，本文建立了一个高速大尺寸动态视觉测量系统，并对该系统涉及的特征点中心定位、编码点识别、相机定向等算法进行了并行化研究。首先，分析了在不同测量条件下各个主要算法的时间消耗情况及每个主要算法的并行性; 然后，对常规的特征点中心定位和编码点识别算法做了介绍，分别提出了特征点中心并行快速定位和编码点并行快速识别算法，并详细说明了这两种并行快速算法的实现原理。最后，针对大量原子操作的问题，提出了线程束集体原子操作的优化方法。实验结果表明: 在不损失定位精度和识别率的前提下，图像中包含300个点时的并行方案比串行方案的时间开销减少了42%，当点数达到20 000时，时间开销减少91%以上。实验显示提出的并行设计方案有效地提高了处理速度，解决了大尺寸动态视觉测量系统实时性差的问题。

为了提高单目视觉测量系统的精度, 提出了一种基于编码测棒的单目视觉测量系统。该系统采用GSI编码点作为测棒上的特征点, 首先用CCD像机对编码测棒一次成像, 然后通过编码点特征位与编码位之间特定的约束关系对各个编码点分别进行姿态测量, 最后根据最小二乘数据拟合和误差平均的数学思想实现测头的优化求解。在精密二维平移台上做了对比实验, 实验结果表明, 系统在1000mm×500mm的测量区域中, 实际测量的相对误差不超过6.3×104, 系统的精度能满足工业中对大尺寸现场测量的要求。

针对视觉测量中经常发生椭圆点检测错误, 影响三维场景的匹配, 甚至影响三维重建的问题, 设计了一种可纠错的编码点方案。将信息论中的信道可纠错编码方法用于编码点的设计, 基于线性分组码将编码分为信息元和校验元, 从而设计了生成矩阵和校验矩阵。在检测出错误时利用伴随式矩阵进行纠错, 最后进行解码实现三维匹配。分析了编码点的解算及提取, 从而大大提高了编码点的抗噪性。该方法不仅具有高的抗噪性能, 同时可进一步拓展空间并且具有较好的实用价值。实验表明：文中设计的编码点方案完全可行, 具有易于识别、可自行纠错的优点, 在发生1位编码点错误的情况下可以实现100%纠错。

针对大型工件的复杂曲面难以精确测量，国外的商用摄影测量软件占据垄断地位。在国内率先开发了近景工业摄影测量系统XJTUDP，介绍了系统的组成、开发内容，研究了基于亚像素边缘拟合的高精度标志点中心检测方法、编码点设计及编码点自动检测方法。重点研究了基于摄影测量的相机标定和三维重建技术，包括共线方程、基于共面方程的像片定向、直接线性变换解法、外极线几何约束和光束平差解法。参照VDI/VDE2634 测试方案，以自行设计的立方体框架为对象，对XJTUDP 系统和TRITOP 系统进行了测试，得出两者精度均小于0.1mm/m 的结论，证明开发的系统完全可以应用在工业测量领域。