本博士论文研究课题主要围绕与渤海船舶重工合作项目“现代船舶建造大尺度三维数字化测量”和国防科工委“十五”基础研究项目“微小型水下无人探测器基础技术研究”项目展开研究工作。项目涉及到很多的理论和工程问题,本文主要对项目涉及的三维视觉测量的一些基础问题进行了研究,主要有以下几个方面: 全面论述了线结构光视觉传感器的原理、结构光视觉系统结构及模型,深入分析了视觉传感器结构对精度的影响,给出了激光光条中心的提取方法。 论述了视觉系统的标定方法,并提出了全新的线结构光视觉系统的现场标定方法。 系统的标定精度直接决定了系统的实际使用精度,而标定方法又直接影响着视觉测量系统的使用方便性和可靠性。测量系统越来越强调实时性、在线性和系统的智能化、柔性化。而当前视觉测量系统有许多标定方法,但大多数没有走出实验室,很重要的原因是这些标定算法过于复杂,存在过分参数化的倾向,对中间参数在不同程度上存在敏感性,或对标定现场条件要求过高,标定过程太繁琐,标定时间太长。无法满足工业现场对测量系统提出的经常性标定和快速便捷标定的要求。 本文提出的直接标定方法,不必对摄像机的内外参数和系统结构参数进行标定,而是通过摄取与激光面共面的标定板上的已知相对关系的点的图像,直接建立成像面上的点与空间坐标之间的对应关系。而空间的任一点坐标可以通过已知点的坐标插值得到。该方法易于实现在应用现场经常性的标定,使用过程简捷,且不存在测量结果对中间标定参数敏感性的问题,可靠性高。 对水下光成像的方法进行了分析,并提出了应用线结构光视觉传感器直接对水下目标进行三维探测的新方法。文中还分析了视觉测量系统在水下应用时的光线折射影响问题,并给出了修正公式。 进行水下目标如水雷的识别,关键是水下目标的三维重构。获得通常的二维灰度图像并不是水下目标识别的目的,并且从水下二维灰度图像重构三