激光反射层析成像技术是一种通过不同角度下激光在物体深度方向的一维时间流信号积分重建目标二维轮廓图像的远距离成像技术,其重建图像的空间分辨率只与探测器的带宽、激光的脉冲宽度和噪声有关,与作用距离、光学接收孔径无关,是现阶段实现远距离空间目标探测的最可行手段。介绍了激光反射层析成像的基础理论问题、投影数据处理方法、图像重建算法、探测成像实验系统以及成像实验研究等问题,总结和对比了国内外的研究进展,探讨了需要重点解决的问题,并展望了激光反射层析成像技术未来的研究方向。

机载激光测深系统能够快速、高效地测量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域，能够提供近岸全覆盖50 m水深测量；船载移动测量系统可以获得近岸浅海水底地形数据及近岸岛礁精细三维激光点云，二者数据在测量区域以及测量范围上具有一定的互补性。文中采用一种基于曲率特征点的改进迭代最近点（ICP）算法，将国产机载测深系统和船载移动测量系统获取的机载激光测深数据、多波束数据、三维激光扫描数据进行配准融合。结果表明，通过将二者数据进行配准融合，可以实现陆地、浅海区域海陆地形的全面精准描述、海陆基准统一，有助于海岛礁地形地貌认识、水下目标物探测及发现等。

针对单线结构光测量因范围有限以及遮挡等原因而无法检测整个车轮的轮缘及踏面的问题, 提出了一种列车轮对双目双线结构光检测方法。该方法采用两组双线结构光传感器进行测量和数据采集。在两传感器产生的点云进行配准的过程中使用截面点云数据还原点云矩阵, 然后对其进行傅里叶变换, 在计算旋转角度时先进行极坐标转换, 最后求取两矩阵的互功率谱, 从而得到点云的旋转和平移矩阵。在此过程中考虑到点云噪声的存在, 将辛格函数近似代替无噪声的互功率谱傅里叶反变换, 从而确定在频域配准时噪声对配准参数的确定并无影响。接着采用相对值比较的算法和主成分分析拟合基准平面, 对轮对直径方向进行标定。利用标定值对扫描数据进行处理, 得出包括车轮直径、车轮滚动圆径向跳动等对尺寸参数。实验表明: 点云频域配准的双目双线轮对检测技术对车轮直径的测量尺寸误差≤±0.05 mm, 车轮端跳的测量误差≤±0.06 mm, 车轮径跳的测量误差≤0.04 mm。与标准轮对检测数据相比可知, 该系统满足轮对检测精度的要求。

激光成像目标模拟装置是激光雷达半实物仿真系统中的关键部件，其关键技术之一是目标建模。研究了激光成像目标的建模方法，以坐标变换理论为基础建立了目标模型，并搭建实验装置对模型进行验证。通过对不同视角下扫描的部分目标信息进行数据配准，得到目标的整体信息，然后根据视点坐标变换关系，可以在空间中任意视点获得目标的信息，以供图像生成系统生成图像。实验结果与理论值相似度高，验证了建模的正确性，为激光雷达回波目标模拟器获取目标信息提供了一条可行的途径。

针对三维枪弹痕迹比对中的数据配准问题，提出了一种采用区域特征匹配的配准算法。在通过干涉仪获取枪弹痕迹三维数据后，首先采用基于剪切波的多尺度几何分析方法对数据去噪，以保证去除噪声的同时减少有效信息的损失，然后采用改进的一维高斯滤波器分离三维枪弹痕迹中的轮廓信息和纹理细节，另外，将三维弹痕纹理信息进行分区，并通过纹理信息中擦划痕迹明显的特征区域进行数据配准，最后，在配准过程中引入齐次变换矩阵以提高配准精度，并采用计算不同数据间互相关测度值的方法评价配准效果，通过纹理信息的配准结果完成原始三维枪弹痕迹的配准。实验结果表明，所提出的配准算法能够提高弹痕自动比对正确率，在现有样本及自动比对方法情况下，能够将比对正确率从90%提高至98%。

多视角三维数据的拼接一直是视觉测量领域研究的难点之一, 本文提出了一种无编码全局控制点的多视角三维数据拼接方法。以多个固定不动的无编码标志点作为全局控制点, 建立全局坐标系。移动结构光立体视觉测量系统的不同视角对物体表面各子区域进行测量, 获得局部坐标系下的三维测量数据及控制点。根据控制点的空间几何变换不变性自动匹配出各视角局部控制点在全局控制点中的同名点。依据同名控制点对, 采用 SVD算法求解局部坐标系与全局坐标系的变换关系, 从而实现全局拼接。最后, 以 10个圆形标志点为全局控制点从 5个视角对鞋楦进行测量, 实验结果表明：该方法消除了多视角拼接中的累积误差, 控制点的重合度平均误差为 η=0.013 mm, 与手持式扫描仪对比标准偏差为 0.177 mm,获得了较好的拼接效果。

针对复杂铸件尺寸大, 结构复杂, 槽、腔多, 测量时需兼顾测量效率和槽腔可测性的特点, 提出了一种大视场双目光栅测量子系统和小视场光栅测量子系统相结合的立体视觉测量方法。 该方法使用前者测量复杂铸件的外部可测部分; 使用后者测量复杂铸件的槽腔等被遮挡部分。建立了两个测量子系统的数据拼接模型, 给出了数据拼接模型参数的定标方法。最后, 通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明: 该系统测量数据拼接的均方根误差(RMSE)为0.22 mm, 满足复杂铸件测量的精度要求。相比传统测量方法, 该方法兼顾了测量复杂铸件速度快和可以灵活测量槽腔等被遮挡部分的特点, 对工程应用具有实际指导意义。

针对大尺寸物体形貌视觉测量中三维数据拼接问题提出了一种基于平面圆靶标的三维数据拼接方法。该方法将平面圆靶标放置在被测物前，三维测头分别在相邻两个测量位置拍摄平面圆靶标，然后以平面圆靶标为中介，利用圆特征边缘点集对应，实现前后两个测量位置的三维数据拼接。经实物实验验证，在x、y、z轴方向的拼接精度分别为0.067、0.035、0.134 mm，与相同实验条件下方格靶标法的精度相当。在被测物存在部分遮挡的情况下，方格靶标法因为角点误匹配而导致三维数据拼接失败，而本文方法可实现数据拼接在x、y、z轴方向的拼接精度分别为0.062、0.037、0.168 mm。

两视角激光雷达数据配准是空地探测遮蔽目标研究领域中的一项重要内容，迭代最近点（ICP）算法为其提供了理论基础，但遮蔽条件下激光雷达数据的复杂性使ICP算法在对应点确定上面临很大困难。在分析ICP算法基本原理和遮蔽条件下激光雷达数据特点的基础上，从控制点选择、对应点匹配和伪点对剔除三个方面给出了ICP算法的具体应用策略和改进措施，并提出一种基于固定-自适应重叠率的伪点对剔除方法。详细阐述了基于改进ICP算法的两视角激光雷达数据配准的具体步骤，并进行了实验验证。实验结果表明：改进后的ICP算法能够有效实现了遮蔽条件下的激光雷达数据配准，且与其他算法相比，具有较强的稳建性和较高的配准精度。

基于红外成像传感器的参数，提出了一种红外成像/主动雷达弱小目标融合检测方法。首先对各传感器数据进行时空配准，然后利用红外成像传感器的参数生成一幅虚拟的雷达检测图像，最后用生成的雷达检测图像与红外检测图像进行“与”操作，进行融合检测。计算机仿真实验证明，该方法具有较好抗干扰性能，实时性较好，具有一定的实用性。