随着科学技术的发展和人民生活需求的日益增长,无论是在社会生活上还是在工业生产上,二维视觉己经远远无法满足人们的需求。三维视觉逐渐成为人们研究的热点,基于结构光的三维视觉测量系统研究也因此成为计算机视觉的一个重要研究领域。通过该方法不仅可以获得被测物体的二维信息,还可以测量被测物体的三维信息,在工业检测、测绘工程、结构测量、建筑古迹测量、娱乐业等领域都有着广泛的应用。结构光三维视觉测量方法不需要直接接触被测物体,不会磨损被测物体表面,且具有速度快、精度高、实用性高等特点,是进行三维测量的最佳方法之一。而单目结构光视觉测量系统与双目相比,具有成本低、算法简单、测量视野大等优势。但是,单目结构光三维视觉测量系统的测量精度与鲁棒性易受环境光线和测量背景影响;并且系统中投影仪的标定一直是技术难点,现有投影仪标定算法大多精度不高、鲁棒性较低。针对以上问题,本文对相关技术进行了深入研究,设计了一套单目结构光三维视觉测量系统,本文主要工作内容及创新点包括以下几个方面:首先,论文根据实际应用需求选取了合适的硬件,搭建了便于操作的硬件系统。并且,为提高本文设计的三维视觉测量系统的实用性和三维测量过程中的人机交互性,集成了本文介绍的关键算法,开发了结构光三维视觉测量软件系统。其次,分析了各种常用结构光编码方案的优缺点,结合本测量系统对测量精度和实际测量环境的需求,选取了格雷码加四步相移的结构光编码方案,同时介绍了在实际实验过程中正弦调制光栅非正弦化问题的解决方案。针对格雷码加相移的结构光编码方案,本文对其解码原理进行了详细介绍,并且实现了其解码过程。同时,针对系统易受环境光线和测量背景影响的问题,本文提出了基于掩码图像的背景剔除算法,将被测物体从复杂的背景中提取出来,从而消除背景环境对测量系统的影响。该算法计算简单、易于操作,直接使用结构光解码过程中拍摄的图像进行处理,没有增加系统额外负担。最后,论文完成了对测量系统的标定,其中包括摄像机标定、投影仪标定和立体标定。针对现有的投影仪标定算法精度不高、鲁棒性较低的问题,本文设计了分块单应性矩阵算法对投影仪进行标定,按照棋盘格角点位置将图片分为多个区域,分别为每个区域单独求取单应性矩阵。与传统的全局单应性矩阵标定算法相比,该算法可以有效克服镜头畸变的影响,有效提高投影仪标定精度。通过三维测量实验表明,本文设计的测量系统能够完成高精度的投影仪标定,能够适应复杂的测量环境、鲁棒性较高、测量结果可靠性较高,三维测量精度可达微米级,并且硬件成本较低,具有较高的实用性和良好的应用前景。