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提出了一种光笔式单摄像机三维坐标视觉测量系统，其主要由光笔、摄像机和笔记本电脑组成。测量时，使笔尖测头接触被测物体表面，摄像机摄取笔体上3个发光二极管的像，由3个发光二极管的像面坐标就可计算出被测点的三维坐标。运用三点透视问题（P3P）原理建立了系统的数学模型，并用摄像机模型中的坐标变换原理证明了该模型解的唯一性，推导出了被测点坐标的求解公式。在三坐标测量机上做了对比实验，结果表明，该系统达到了大尺寸现场测量要求的精度。