随着现代工业的发展,许多具有十分复杂曲面形貌的大尺寸零部件需要三维实体数字化测量,在生产过程实现高效、实时、准确的三维测量是现代制造业必须解决的难题。结构光三维测量技术是一种基于主动视觉的非接触三维测量方法,具有高精度、大量程、易扩展、强适应性等特点,在文物保护、工业自动化、逆向工程等领域得到广泛的应用,已成为非接触三维测量中最具有发展前景的技术。本文围绕着实现大尺寸复杂形貌工件三维点云数据的自动获取和三维尺寸测量,重点研究分析了编码结构光三维测量中系统标定、条纹图像处理、编码和解码算法、多视角点云处理与拼接等关键技术,并在这些研究的基础上实现了整个大尺寸工件三维测量系统的硬件和软件。本文首先对光学三维测量方法做了简要介绍,并阐述了结构光法三维测量的分类及其应用;在分析研究结构光三维测量模型的基础上,推导出了被测对象三维坐标的计算公式。重点研究了摄像机和投影仪的标定技术,分析比较了现有的各种标定算法,设计了合理的标定方案,利用空间自由变换平面靶标姿态的方法实现了摄像机的非线性标定;针对传统投影仪标定算法存在精度不高的问题,实现了基于局部单应矩阵的投影仪标定算法,得出了投影仪的内、外参数矩阵和畸变系数。讨论了基于数字投影仪的各种编码方法,分析比较后采用正反格雷编码作为本文的结构光编码策略,实现了一种基于图像直射光分量和全局光分量的无效区域提取算法,利用交点法得到了格雷码值。将解码的信息同摄像机与投影仪的标定参数相结合,即可计算得到被测对象表面的三维点云,研究了多视角三维点云的降噪、稀疏化等预处理方法,提出了一种基于平面标定板姿态的转轴直线方程求解方法。最后根据算法需求设计了一套基于运动控制卡的两轴运动平台,对测量系统需要的硬件进行了选型,采用旋转平台实现了测量对象多视角点云的自动获取,并用本测量系统进行了三维测量实验,结果表明本文设计的测量系统可以较好地获取大尺寸工件的三维点云和关键尺寸信息。