近年来,随着精密加工技术的飞速发展,对微小零件的精确测量要求不断提高,基于显微镜的三维测量技术发展迅速。但现有的三维测量产品大多为台式显微镜,价格昂贵,携带不便,且被测零件受限于载物台的大小。为了实现简单方便的零件三维图像测量,克服载物台大小带来的被测零件尺寸受限的局限性,本文利用聚焦法分层测量的原理,采用便携式显微镜拍摄目标物体,结合CCD相机拍摄显微镜刻度的方法,研究开发了一套便携式三维图像测量系统。本文工作内容主要包含以下方面:在测量系统中,针对便携式显微镜拍摄时图像出现的无规律性的微小偏差,本文研究提出了基于选取特征点的校正计算方法,将拍摄时的图像调整至同一大小位置。为了将采集到的多聚焦图像进行三维表面重建,研究通过空间域优化块模型,融合图像,提出了一种适应性的块分割和边界优化方案重建景深地图信息,实现三维模型的重建。同时,由于小波变换的高层分解图像具有更强的边界处理能力,因此在频率域中运用合成缩放原理,提出了一种将赋予不同高度值的高层小波分解图像位置还原的技术,重建景深地图,解决了空间域建模固有的块现象,提高了三维模型重建的精度。为了自动获取焦距(倍率)信息,增加一台CCD相机对便携式显微镜倍率刻度进行实时拍照。运用模式识别技术,自动读取拍摄物体时对应的倍率并转化为深度信息。通过C#编程设计操作界面,完善了整个测量系统。最后,选取比较有代表性的机械零件及材料进行测量,证明在特定条件下,该系统的实用性。