最近几十年,地震、海啸、火山爆发、洪涝等自然灾害频发,给人们带来严重安全威胁的同时也造成了巨大的经济损失,如何有效预防成为国内外科学家们们的研究重点,而河流地貌中的河流阶地、河流冲洪积扇、河谷形态、水系格式、河道变迁等都能够对这些构造活动做出响应。在对河流地貌的研究中最重要的环节之一就是水下探测,鉴于水下环境的复杂性以及不确定性,人们很难直接从河流中获取相关信息。多线结构光三维测量技术由于其具有非接触、高效率、高精度、实时性强以及全场景测量等优势,在现代测量领域占有重要地位,是解决非接触三维测量问题的一个有效方法。本文研究的内容是利用多线结构光进行水下目标物体的三维测量,主要研究了基于多线结构光的水下测量系统建模以及系统的标定。测量过程中,本文采取的是平面型防水密封罩,针对水下测量时的技术难点(摄像机的针孔模型不再成立),本实验通过构建虚拟相机的方式建立了一种新的水下线结构光测量模型。具体做法是:将位于结构光光条纹上的水下目标点到密封罩的光路延长至摄像机光轴,与光轴的交点称为虚拟光心,与成像面的交点称为虚拟成像点,虚拟光心与成像面的距离称为虚拟焦距。研究表明,虚拟焦距与虚拟成像点的图像坐标均与摄像机的实际焦距以及摄像机成像面与折射平面之间的距离有关。在虚拟相机的作用下,水下目标的成像过程是线性的,再利用结构光光平面的约束关系,即可实现水下目标的三维重建。根据所构建的水下线结构光测量模型可知,待标定的参数有摄像机内外参数、结构光光平面参数以及摄像机成像面与折射平面之间的距离。摄像机内外参数的标定采用经典的张正友摄像机标定算法;在交比不变原理基础上,利用共同靶标完成结构光光平面参数的标定;通过将靶标平面紧贴折射平面,利用标定点的三维坐标值求解出摄像机成像面与折射平面之间的距离。本实验将4条相交于一条直线的光平面垂直投射于平面型防水密封罩,根据光的折射定律,当光平面由空气进入水中时,光平面不会发生任何变化,使得参数的标定工作能够在空气中完成。实验结果标明,利用上述方法标定的摄像机参数误差不超过0.5 pixel,标定的结构光光平面参数平均误差达到0.7675 pixel,利用此模型测量时,距离为2.45m时,平均误差达到1.6443mm,具有较高的测量精度,能够满足实际的测量需求。