随着硬件条件和计算机性能的不断提升,机器视觉技术广泛应用于人工智能、视觉测量、机器人技术和图像处理等。相机是视觉测量技术中最主要的传感器,相机标定技术是视觉测量技术的关键一步,通过相机的标定过程可以快速建立起不同坐标系统之间准确的位置关系,进一步实现测量对象的位置跟踪、尺寸测量以及面型重构等。标定质量的好坏直接关系到测量结果的可靠程度。因此,需根据测量对象的特点,选用的相机性能、个数以及相机阵列的排列方式设计合适的标定方法,这是视觉测量方案的核心技术。目前,快速、稳定、精确仍然是衡量标定技术的三个重要指标。现有的标定技术不能同时满足上述三个指标,因此相机标定技术仍需从这三个方面着手改进。本文设计一种基于多面立体靶标的标定方法,靶标制备简单、经济,该靶标由四个平面组成,结构为正四棱锥,各个靶标平面上附着规格已知的特征圆阵列图案,各个靶标平面的连接处附着有矩形编码图案,用于辅助自动识别不同靶面。标定过程的自动化程度高、操作简单,只需相机系统中每个相机同时拍摄一幅标定靶标的图像即可标定出相机的内外参数,标定结果的精度和经典的张正友标定方法相当。利用一张靶标图案提取出的信息可以建立四个非线性单应性矩阵,一次性求解出相机内参,而同一靶面上的多个特征点可以标定出相机外参。该靶标具有位置相对固定的靶面结构,这种结构使得标定结果的稳定性大大提高,避免了平面靶标错误姿态导致标定错误。根据设计的标定方法,在光学平台上搭建实验装置,设计三组实验分别验证本标定方法的精度、稳定性以及对影响标定结果精度的因素进行分析。首先是精度验证实验,本文通过比较棋盘格靶标,平面特征圆靶标、双面特征圆靶标和本文设计的靶标在相同实验条件下的标定结果,验证出本文设计的标定方法的标定结果的稳定性和精度高于其他三组靶标的标定结果。然后,分析多面立体靶标的结构参数二面角度对靶标标定结果的影响,设计了十组具有不同二面角度的多面立体靶标。当二面角度为180度时该靶标相当于平面靶标,精度和稳定性最差。结果显示二面角度处于80度到140度和220度到280度之间时,标定结果的稳定性和精度较高。之后,研究特征圆视场占比对标定结果的影响,选取了十一组不同圆心半径的特征圆图案,在相同条件下进行实验得到的标定结果显示,在特征圆的直径大于12mm,标定结果的精度和稳定性明显提高。之后,用本文提出的标定方法对三个相机系统进行标定,重建高精度棋盘格的角点,计算实际测量结果的误差。最后将本文设计的标定方案应用于视觉测量实例中,进行了人眼虹膜运动追踪测量实验。为了验证测量方案的可行性,首先进行振动台上人眼虹膜正弦运动轨迹的追踪测量,提取图像中虹膜中心像素坐标并进行三维重建得出目标中心的三维运动轨迹并和振动台设定的正弦运动参数进行比较,验证测量方案的精度。然后,在振动台实验的基础上,对进行规律运动的模特进行实际人眼虹膜的运动测量,测量结果和实际模特运动方式相吻合。进一步证明了本文设计的标定方法的实际应用价值。该测量方案的测量结果为研究由人眼相对车载显示器的运动引起的视觉疲劳提供参考价值。