森林资源调查是及时掌握森林资源,制定和调整林业政策,不断提高森林其潜在生产力的基本技术手段,在森林资源调查之中需要应用到大量的森林计测仪器。目前的计测仪器获取数据的方式比较落后,功能单一,且由于计测仪器技术的限制性制约着森林资源调查实现精准化、数字化、自动化、信息化以及内外业一体化。同时,国内采用的森林计测仪器一般都是国外生产的,因此需要新的技术来带动国内森林计测仪器的发展。随着摄影测量技术的日益成熟,计算机视觉和摄影测量给森林计测仪器的发展带来了新的契机。本研究主要基于摄影测量原理,开发设计利用普通数码相机、全站仪配置CCD镜头以及微型超站仪三种方式的软硬件系统,并制定详细的内外业操作流程,其目的在于利用摄影测量的方式来提高和获取测树因子的能力,提高工作效率,推动摄影测量技术在森林计测仪器以及林业中的应用和发展。基于树木垂直生长的特性,提出了利用单一的普通数码相机对待测样地进行上下方向的任意摄影测量,并在林地中测量任意一段物体长度以便在解算中反推摄影基线,恢复摄影区域的真实空间比例关系,实现在像片上测量获取测树因子的功能。该研究以摄影测量的理论为基础,以同名光线和摄影基线共面为条件,针对林业摄影测量的局限性,建立以垂直地面方向为主方向的摄影测量方式,试验分析验证测量算法的有效性,以Microsoft Visual Studio为开发平台,编制了地面立体摄影测量系统软件。通过试验分析,确定测量的精度随着景距距离的减小、摄影基线的增加、立木直径的增加以及考虑相机畸变的影响而增高,从而确定合适的测量范围为2～25m,若不考虑相机畸变时应尽量使样地立木处于像片中央的位置。对5组样地胸径进行测量计算,试验表明,利用普通数码相机测量样木胸径平均绝对误差为0.29cm,平均相对误差为1.99%。以示例说明,利用普通数码相机进行上下方向的任意摄影测量可直接实现单株立木的胸径、任意处直径、可视树高的测量,进而通过计算可获取单株立木的树干横断面积、立木材积、样地株数密度、样地平均胸径、树心坐标以及自动生成样地图。本文利用SIFT算法实现双像同名像点的自动匹配,实现单一同名像点95%的自动匹配精度,且匹配时间降低到亚秒级。同样利用SIFT算法实现普通数码相机两次拍摄之间的相对外方位元素的计算,但存在处理速度慢且计算结果精度不高的问题,因此为了消除这方面的影响,本研究提出了将拍照所用的CCD镜头安装于全站仪之上,以此来获取两次拍摄时的相对外方位元素,进而通过空间前方交会以及单像水平角和垂直角的解算原理来实现像辅助空间坐标点的计算,以此来实现利用全站仪配置CCD镜头实现双像测量测树因子的功能。同时,由于全站仪自带测距功能,因此可作为附加条件实现平坦样地、胸高标线样地、圆形样地的摄影测量,实现二维至三维坐标的转化。通过试验验证,基于全站仪配置CCD镜头的摄影测量方式,样木胸径测量的平均绝对误差为0.16cm,平均相对误差为0.86%,树高测量的平均相对误差为1.86%。并以示例说明单像圆形样地单次获取像片24张,可直接测量任意一株立木的胸径、任意处直径、树高,进而可以计算任意一株立木的树干横断面积、立木材积、样地株数密度、平均高、平均胸径、树心坐标以及生成样地图等。由于全站仪比较笨重,操作水平高,操作和移动都比较繁琐并且在样地中部分地区无法安置仪器,考虑到全站仪本身只应用到测距、测角、定位等功能,基于此可将全站仪的测距、测角、定位功能集成到CCD镜头之中。因此本文提出以图像自动识别原理、摄影测量原理、相似三角形几何原理和三角函数原理为理论基础,研制了可测量胸径和树高的多功能便携式微型超站仪,该设备集成电荷藕合器件图像传感器、倾角传感器、激光测距传感器、中央处理器、存储器、液晶显示屏,测量时可获取测站点到待测点的倾角和距离2个参数值,并记录存储测量时的图像信息,通过仪器的嵌入式操作程序,实现胸径的自动测量、树高测量等基本功能。并以此为基础开发实现单株立木的横断面积、立木材积、林分平均高、平均胸径、株数密度、林分蓄积量的测量功能。通过试验验证,215株立木的单次胸径测量的平均绝对误差为0.37cm,平均相对误差为2.08%。101株立木的单次树高测量的平均相对误差为1.44%。对所提出的三种摄影测量的仪器的测量类型和范围,内外业的操作流程,测量的精度以及优缺点进行了对比说明,以期对这三种仪器更好的应用于不同条件下的森林调查之中,为森林资源调查的自动化、无人化、智能化提供技术与方法支持,实现摄影测量技术在森林资源调查中的推广应用。