针对现有多相机系统在无公共视场时标定过程繁琐问题，提出了一种基于旋转标定板的多相机系统标定方法。首先通过拟合旋转靶标轨迹实现转轴拟合和建立系统坐标系；然后各相机获取单幅完整的靶标图像，使用PnP算法解算相机与转台系统间的位姿关系；接着将转台转角通过罗德里格斯公式转换为靶标旋转前后的旋转矩阵和平移向量；最后使用计算所得的变换关系实现对多相机系统的标定。实验结果表明，本文方法不受限于相机的视场范围，能够快速、自动地标定多相机系统，在测量精度上也满足大尺寸测量需求。

为解决大型构件表面弱纹理特征的捕捉和多次测量的精度配准问题,采用集成结构光与光度立体视觉的复合测量系统,利用结构光测量获取工件表面整体形状的点云数据,利用光度立体视觉获取表面精细弱纹理的法向量信息。在此基础上,提出了一种融合邻域点云坐标与法向量信息的新型局部特征描述子,可对弱纹理工件表面特征进行有效且鲁棒地描述。大量仿真和真实实验验证了所提方法的有效性,其性能大幅超越了基于传统特征描述子的迭代最近点算法。所提方法可有效捕捉并描述弱纹理表面的丰富细节特征,构建鲁棒显著的特征描述子,进而大幅提升了测量结果的匹配精度,减小了大型复杂构件的整体重建误差。

旋转激光扫描测量系统采用光电扫描的计时方式并结合时空转换的原理实现角度交会定位，光电信号时域信息的精确性是影响测量精度的重要因素之一。针对测量系统中同步信号存在延时的问题，根据测角误差的特性提出一种基于发射基站转台正、反转测量目标的延时评估方法。通过定量分析同步信号的延时，建立同步信号的延时模型。基于可编程逻辑器件分析延时对测角精度的影响，研究同步信号电路延时的补偿算法并设计实验进行验证。实验结果表明，所提方法能够有效补偿同步信号原有约为190 ns的电路延时。

针对室内空间测量定位系统(wMPS)交会测量模型将发射站扫描激光面视为理想平面的现状,研究了一种基于高精度转台的激光面面型视觉评估方法。根据评估结果引入线性折面判断机制,优化重建了wMPS扫描激光面数学模型,以减小交会测量模型中的系统误差。结合大空间高精度坐标场对新模型进行了评估。结果表明,所研究模型对实际光面的拟合效果较好,有助于提升wMPS的测量精度。

为解决现有线结构光大尺度测量标定复杂、精度不高的问题, 提出了一种基于多视觉线结构光传感器的大尺度、高精度测量方法。多视觉线结构光传感器含1个激光器和多个等间距并排的相机（一主多从）, 相互间有1/3左右重叠视场(OFOV), 光束覆盖所有相机视宽。传感器标定只需简易的棋盘格靶标, 按张氏标定法采集靶标图像、标定传统参数; 此外, 考虑相机视角的不变性, 利用OFOV内标定图像的已知特征角点, 经图像配准可预标定相邻相机图像拼接的变换矩阵。变换矩阵的逐步连乘得到任意从相机图像转换到主相机成像平面的透视变换模型(PTM)。该方法通过各相机同步采集大尺度物体的局部光条图像, 再利用PTM将所有局部光条快速拼接成完整的光条图像, 最终经光条坐标提取、换算得到光条位置的三维坐标。实验结果表明: 与已有方法相比, 该方法使用简便、精度更高, 重构模型平均构造深度与真实模型仅差8.3%。

空间测量定位系统是一种在多测站协同作用下实现坐标测量的大尺寸测量系统, 因此测站布局优化成为了重要研究问题。为解决此问题, 本文提出了一种基于模拟退火粒子群算法的测站优化部署方案, 以定位精度, 覆盖度, 使用成本作为优化函数, 运用粒子群算法及模拟退火算法进行协同搜索, 并建立模拟退火粒子群算法的测站布局优化流程, 对两到四个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明, 该方法能快速收敛于最优解并获得一种较优的测站布局。

调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65 μm的测量分辨率和15 μm的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。

针对大型装备装配过程中的大尺寸空间角测量问题, 提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法并且设计了相应的测量系统。该测量系统利用自准直原理获取被测轴线方向, 通过内部陀螺仪和编码器测量被测轴线在惯性坐标系中的单位向量坐标, 然后根据每个被测轴线在公共基准内的单位向量坐标值实现空间角的计算。建立了大尺寸空间角测量的数学模型, 并对测量系统的测量不确定度进行分析和计算。最后搭建了测量系统的原理样机并利用原理样机在实验室进行了模拟测量实验。实验结果表明, 原理样机的实际测量误差为14”, 满足了测量精度的要求。该方法采用惯性空间作为公共测量基准, 有效地解决了测量大尺寸空间角时测量基准难以建立和传递的难题, 使得测量过程更加灵活、高效。

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。

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛.为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统.首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型.然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标.最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性.结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到±1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量.