火焰面模型是影响火焰传播的重要因素，火焰三维结构等火焰的三维信息对于了解火焰的传播机理和发展火焰模型的动态仿真研究都有重要意义。尽管已有研究表明通过层析成像等方法能够对火焰三维结构进行一定程度的重建，但目前还很缺乏定量的分析结果。因此，需要有新的、有效的分析方法用于研究火焰面模型的三维性质。气固两相流在自然界变化和工业应用中都具有关键作用。一般而言，两相流作用是在三维方向上进行的，且状态不稳定。因此，现有研究气固两相流的方法需要拓展到三维领域以获得两相流定性和定量的实时三维信息。采用光学技术对流体三维特性的分析是湍流研究领域重要的研究课题，传统图像可视化诊断技术一般是对研究对象的二维图像进行分析、处理，过程中缺乏对研究对象深度信息的研究。针对这些不足以及实际应用的需要，本文基于双目视觉理论开发出一套用于研究物体三维特性的高速立体视觉系统。本文的主要研究内容如下：具体介绍了高速立体视觉系统的组成及工作原理。该系统的硬件设备由一台高速摄像机和一个立体镜组成，立体镜水平固定在摄像机镜头上，在拍摄时，通过立体镜对研究对象光路的变换作用，使得单个摄像机CCD靶面上同时捕捉到研究对象不同角度的一组立体图像。获得立体图像后，开发亚像素粒子模式识别技术匹配图像中的对应点，得到立体图像特征点的视差，并开发逆向投影算法计算特征点的三维空间位置坐标。应用这套高速立体视觉系统，重建了本生灯火焰的三维表面模型以及火焰表面漩涡的三维运动结构和运动轨迹，并计算了火焰整体的扩散速度场。应用这套高速立体视觉系统，对气固两相流流场的三维特性进行了初步研究，获得了流场的三维结构并对流场的运动特性进行了定性分析。综上所述，本文提出了一套用于研究空间物体的三维性质的高速立体视觉系统。以火焰和气固两相流为研究对象，应用这套高速立体视觉系统对二者的三维结构和运动特性进行了分析研究，通过对重建结果的误差分析，可以证明这套系统能够有效的应用于流体三维性质的研究当中，是对现有研究方法的良好补充。