SLM(Stereo Light Microscope)显微立体视觉系统由于可以通过视觉反馈实现高精度三维测量和定位,而被广泛应用于微观研究领域。基于SLM的测量系统一般包括图像采集、系统标定、立体匹配、三维重构、三维造型和三维测量六个步骤。本文根据视觉系统成像特点以及测量应用的要求,主要从图像预处理、立体匹配、三维造型和三维测量四个方面进行了相关研究。 采集图像质量直接影响着立体匹配结果。在显微视觉系统中,视觉系统硬件上的缺陷往往直接影响着采集图像的质量。本文在分析视觉系统硬件的基础上,对左右图像进行了归一化处理,消除了左右图像差异,并应用SUSAN滤波方法降低了随机噪声所产生的影响。为了提高图像匹配的准确率,对图像进行SUSAN特征提取和基于信号的边缘提取来获得图像的鲜明特征。 为了实现快速立体匹配,在分析了SLM显微视觉系统成像模型的基础上推导出左右图像相关点的关系,在匹配中实行单方向搜索策略。实验验证该方法在匹配速度上提高了至少一倍。同时,对彩色图像RGB三通道的颜色值、纵向梯度和颜色信号的几何相似度进行了综合考虑,建立一种具有较强鲁棒性的多特征匹配算子,实验表明该算子具有较高的准确率。 误匹配点的影响是三维造型中着重要解决的问题。本文针对匹配点的特点,通过对散乱数据双线性插值来解决其稀疏性,通过对散乱数据滤波处理来消除误匹配点在三维造型中的影响。为了进一步获得光滑的三维表面,改进了一种基于三向滤波的网格光顺方法,该方法在保存特征的同时实现对三维网格进行光顺处理。此外对重构数据进行Delaunay三角剖分、网格优化、B-B三角细化插值和纹理映射等操作实现了对测量目标逼真地三维重建。 最后,本文分析了初始误差在经过视觉模型之后的变化,并对其进行量化处理。通过统计方法对视觉系统的平均误差、最大误差进行定性和定量分析。分析表明在显微镜景深范围内测量时,CCD的量化误差所引起的相对误差不超过2%。在实验中,对电阻的测量相对深度误差为3.57%,绝对位置误差为0.063mm;对微沟道的测量相对深度误差为18.10%,绝对位置误差为0.0164mm。实验结果表明显微立体视觉系统可以达到较高的测量精度。