计算机及自动化水平的不断提高促使三维测量技术广泛的应用到各行各业,成为不可或缺的技术之一。本文主要针对一种照相式单目光学三维测量系统—3D数字相机中的部分关键技术进行研究,完成了3D数字相机结构设计,相机标定与图像预处理功能的开发。首先介绍了三维测量技术的研究现状、应用价值以及结构光三维测量系统的关键技术；接着根据本测量系统的结构需求以及与常见光学测量设备结构的对比,设计了测量系统的角度调节机构、锁紧机构、支撑结构等,并对整体结构进行了合理布局；然后在对比多种标定方法的基础上,基于OpenCV的标定实现方法与Zhang的平面模板法原理,完成了对相机的内部参数、畸变参数及外部参数的标定工作,并对标定结果误差进行软件分析；利用类库IC Imaging Control完成了系统的设备选择、相机属性设置、图像捕捉功能设计,同时,基于OpenCV图像处理功能及图像预处理相关原理完成了图像预处理功能的设计,可以实现图像的色彩空间转换、分析、噪声去除、闽值化处理等功能；最后完成了实验平台的搭建,给出了设备的使用方法及软件操作流程,并以一幅图像为对象,完成了软件的整体实验。实验表明,所设计的结构可以满足使用要求,相机标定结果具有较高的精度,图像预处理结果较为理想,能够满足进一步开发的需求。