在测量领域中,传统测量方法存在与被测物体直接接触、复杂曲面难以精确测量、测量过程受人为因素影响较大和使用经验公式等问题,使测量结果难以满足高精度的测量要求。基于光学、数字图像与计算机视觉的测量技术能快速、准确地获取物体的三维信息完成三维测量,因此开展本课题研究具有重要的理论意义和实用价值。线结构光三维测量技术的基本理论是垂直入射式激光三角法,是获取被测物体表面三维信息的主要手段之一,具有速度快、精确高,非接触性等优点。在工业检测、逆向工程、快速原型、模具、医学、文物保护等方面得到了广泛的应用。本文采取理论分析与实验分析相结合的方法,对基于数字图像处理和机器视觉的三维曲面测量中的关键技术进行研究。本文的研究内容可以分为以下五个方面:(1)介绍了线结构光三维曲面测量的研究背景及意义,分析了结构光三维测量算法在国内外研究现状,研究了国内外三维测量设备的发展现状及应用形势,结合现有测量算法的不足给出了本文总体研究内容及章节安排。(2)基于结构光三角法测量理论,构建了以线结构光投射器、工业像机、可平移实验台和计算机组成的测量系统,其中线结构光条与待测表面垂直,图像采集设备和线结构光器的位置相对固定,通过匀速移动实验平台使线结构光对被测物体表面的扫描,对采集到的线结构光在被测物体表面的形变图像进行分析处理,并重建被测物体表面的三维模型。(3)为提高系统参数的标定精度,研究了相机的针孔模型和畸变模型,对像机的标定原理及各参数含义和标定方法进行较为全面的论述。提出了基于HALCON的初始参数二次迭代方法,标定过程简便且易于实现,标定精度相对原始标定法较高,再根据已得相机内外参数,求出激光平面位置参数和实验平台运动方向参数,为后续的三维测量提供依据。(4)为提高光条纹图像中心提取算法的速度,对已有的光条纹图像中心点方法全面分析,结合图像处理技术和高斯核函数特性对已Steger算法进行改进,提出了一种可提高光中心条纹提取的速度的光条纹中心提取算法。(5)为验证本文的三维测量系统的有效性和稳定性,选择3种表面复杂程度不同、大小不同的物体进行测量实验,通过本文中的三维小型曲面测量系统获取被物体表面的三维点云数据,并对3种被测物体的表面进行重建来直观显示测量效果,同时对影响测量的因数进行分析。