基于视觉测量技术的光学靶标式测量系统是三坐标测量系统发展的一个重要方向。相比于传统的测量系统,其不受机械结构限制,具有便携、低成本、高效率、非接触式测量、灵活布置等一系列突出优点。同时,光学靶标式测量系统的手持式靶标设计适用于测量带有深孔等易受遮挡部位的复杂结构零件。在产品的开发设计、工业制造的质量控制和零件的逆向工程中,都有着极为广阔的应用前景。在对国内外光学三坐标测量系统发展现状全面分析的基础上,本文主要从圆形标志点的图像中心定位、光学靶标特征参数标定和相机转站测量方法等方面对测量系统进行了深入研究,并设计开发了基于双目视觉的光学靶标式测量系统软件。本文研究的主要内容有以下几个方面:（1）系统构成与硬件设计。构建了由相机系统、靶标系统和计算机系统组成的测量系统。介绍了系统坐标系与相机模型。设计并制作了光学靶标和参考定位靶标两种靶标,光学靶标上标志点间的相对位置关系无需严格的几何限制,其坐标可基于双目系统通过自标定获得;参考定位靶标以棋盘格角点为特征点,通过标定获得的特征角点模型解算相机位置,实现不同站位测量结果的坐标统一。（2）圆形标志点图像坐标定位与三维坐标解算。对于圆形标志点图像中心定位的问题,提出了基于视图正投影的迭代定位方法,将椭圆拟合法获得的坐标作为初值,通过在靶标的虚拟正视图上进行椭圆拟合,以迭代的方式对椭圆畸变误差进行校正。为获取标志点的空间三维坐标,研究了双目立体视觉原理与标志点的立体匹配。（3）系统固定站位标定与测量方法。利用高精度平面棋盘格标定板,通过张氏相机标定方法实现相机内外参数的标定。将提出的圆形标志点中心提取方法应用于光学靶标标志点自标定过程;根据位置不变原理结合误差含变量（Errors in Variables,EIV）模型建立定长约束方程,实现探针测头中心位置标定。光学靶标联合标定的实验结果表明,本文提出的标志点图像坐标提取方法能够有效降低标志点自标定结果的重投影误差,对探针测头中心标定结果的稳定性也有一定提升。使用本文搭建的测量系统对圆面特征进行测量,对于直径20 mm圆孔的直径测量均值为19.9138 mm。（4）系统转站测量方法。通过特征匹配对参考定位靶标的特征角点模型进行标定。基于标定结果,解算相机站位间的相对姿态,实现可变的相机站位,拓展系统测量范围。应用转站测量方法对标准锥孔间距进行测量,间隔分别为625 mm,750mm,875mm的锥孔测量结果的标准差分别为0.1406 mm,0.1282 mm,0.1910mm,满足航空零部件组装场景的测量精度需求,证明了方法的有效性。（5）系统搭建与软件开发。在标定技术和测量方法研究的基础上,搭建了完整的基于双目视觉的光学靶标式测量系统,并开发了配套的桌面软件,实现了图像采集、相机标定、光学靶标联合标定、参考定位靶标标定和目标点测量等系统功能。