在工业制造领域中,对工件的测量效率和测量精度的要求越来越高,一种由工业机器人和三维激光扫描测头集成的三维扫描测量机器人被逐渐广泛使用。在三维扫描测量机器人中采用测头跟踪系统可以有效提高测量精度,为此,本文针对三维扫描测量机器人,研究高速多目视觉跟踪系统。针对高速多目视觉跟踪系统处理图像数据量大、跟踪实时性要求高等特点,选用具有并行处理模式的FPGA作为核心处理器,将系统模块化,改进和优化现有算法使其适用于FPGA平台,并以流水线方式将各个模块串联运行,有效提升了跟踪效率。本文主要研究成果如下:(1)设计了一套基于FPGA的扫描测头高速视觉跟踪系统,通过多个FPGA开发板之间的协同工作,实现扫描测头的高速跟踪;(2)通过研究传统的视频目标跟踪算法,提出一种基于FPGA平台的标志点跟踪算法,在整个跟踪系统中优化跟踪区域,减少图像处理的数据量并且能稳定、实时地跟踪测头位姿,大幅提高了跟踪速度;(3)研究了立体视觉中三维重建的原理和方法,对其进行了改进,使其能够在FPGA上成功实现并大幅提高算法效率;(4)开发了一个上位机软件,实现了三维扫描测量系统和跟踪系统采样控制及三维扫描数据的实时显示。通过系统实验验证,本文研发的基于FPGA的测头高速视觉系统的处理速度达50fps,为原有双目视觉跟踪系统的2.5倍,满足系统实时性要求。