刘先林一直致力于航空摄影测量理论与航测仪器的研究工作，他取得了一系列重大科研成果，多项成果填补国内空白，结束了中国先进测绘仪器全部依赖进口的历史。他通过仪器研制有力地推动了整个行业的发展，大大加快了中国测绘从传统技术体系向数字化测绘技术体系的转变。

　　1963年他成功的研究出了“坐标法解析辐射三角测量”新方法，解决了由测制中小比例尺地形图转入测制大比例尺地形图时，航测内业辐射三角测量平面加密精度低的问题，为1：1万航测内业平面加密开创了新的途径，该方法被编入国家测绘局1：1万航测内业规范。1968年他编制的DJS—5航测内业加密程序，使新兴的计算机技术第一次被引进了测绘生产领域。1984年他研制的ZS—正射投影仪以及与之相配套的80个程序的软件包，在数据压缩、等高线软件等方面达到了国际先进水平，并获国家测绘局科技成果一等奖，1985年获国家科技进步三等奖。从1988年开始他相继研制成功的集光机电计算机技术于一体的JX—1解析测图仪和JX—3解析测图仪，填补了国内该类仪器的空白，部分占领了国内市场并获1992年国家科技进步一等奖。刘先林同志1998年以来领导科研小组成功研制了数字化测绘技术集成及产业化，该项目2001年荣获国家科学进步一等奖。他研制生产的JX-4C DPW全数字摄影测量系统、影像扫描仪、3DVR系统的销售实现了批量出口发达国家。这套设备在我国测绘行业转轨：由“模拟”到“数字”过渡中起了决定性的作用，它不仅使国内测绘行业为社会信息化、数字城市提供了有力武器，使业务量大增，也为实现国际接轨使测绘行业普遍大量承接国外的数字化任务、为测绘行业实现跨越式发展做出了贡献。

　　2007年，刘先林院士带领的团队又成功研制出国内第一台可以用于生产的SWDC系列数字航空摄影仪，打破了国内同类产品长期依赖进口的局面，且经过大量试验和专家论证，证明SWDC系列数字航空摄影仪完全能够满足国家规定的精度要求，且高程精度高于国外同类产品，性价比很高。