结构光三维重建技术属于一种非接触主动测量技术,具有低成本、高精度、大视场、实时性好和抗干扰能力强等特点,在工业自动化测量、机器人导航、大规模复杂三维场景重建、医学诊断等领域得到了广泛的应用。本论文针对内窥镜手术中目标物三维监控的需求,选择使用结构光主动视觉三维重建技术进行研究。　　结构光技术通过主动投射具有一定颜色或形状结构的图案来对场景进行编码,可实现鲁棒和准确的匹配,避免了立体视觉中角点匹配不准引入噪声的缺点。同时,结构光主动测量技术不需要接触目标物表面,避免了对目标物的破坏。目前,结构光技术受到关注的方面主要集中在如何提高测量或重建的精度与速度以及如何实现精确的全方位立体重建等。　　结构光三维重建过程中主要有三个方面会影响最终测量的精度。首先,图像边缘信息的检测及定位不准会带来误差;其次,结构光系统内外参数的标定精度也将影响重建精度;另外,对于具体的应用场合,不同的编码方案的选取会直接决定匹配的准确程度,错误的匹配往往会产生噪声点。因此标定和匹配一直是结构光三维视觉技术的两个研究热点,而图像细节信息的精确获取是精确标定和重建的基础。因此,本文针对以上几个方面展开了深入的研究。　　编码结构光技术中最常遇到的边缘检测问题是对编码条纹的检测及定位,其结果会直接影响最终的重建精度。使用常用的一阶和二阶导数微分算子进行边缘检测,方向性较差。针对格雷码条纹边界检测,我们使用一种基于方向可调自适应滤波器的边缘检测方法,该方法具有敏感的方向性,结合使用基于矩恒定原理确定阈值的方法,可以检测到更多的边缘信息。　　在照相机和投影仪光轴平行的结构光系统中,结构光条纹的边界位置随目标深度变化仅可以沿极线方向发生移动,因此,我们针对格雷码条纹边缘位置的这一特性提出使用一种基于重心法的条纹边界定位技术。在该技术中我们还使用了一种基于万有引力原理的边缘检测算子,同时在黑白条纹边界处加入一个像素宽度的绿色,通过判断候选边缘点附近是否存在绿色像素来决定该边缘点的取舍,有效减少了错检,而通过使用自适应阈值的边缘检测,减少了漏检,最终实现了精确而鲁棒的子像素级边缘定位。　　由于精确的系统参数将为三维重建和立体测量技术提供精度保障,因此结构光系统标定一直是研究的热点之一。其中投影仪的标定,尤其是近几年研究的热点。本文在对各种标定方法进行分析比较之后,提出一种基于改进的双频投影栅线法的标定策略对投影仪进行标定。该方法假定投影仪是一台倒置的照相机,令其获取一幅标定靶标图像,从而使用现有标定照相机的方法标定投影仪。进而对整个照相机投影仪结构光系统进行了精确的标定。该方法避免了复杂的易引入噪声的去包络处理。由于使用了回归分析,去除了噪声点的影响,使得该方法具有较强的鲁棒性。利用再投影靶标图像的方法来评价标定精度,角点再投影误差可达到小于1±个像素的精度。　　对于一个已经标定完毕的结构光系统,不同的编码方案需要向场景中投射不同数量和不同结构的图案。各种编码方案中匹配准确程度不同,从而重建的精度不同,各有优缺点,我们对格雷码进行了改进,建立了一个平行轴结构光系统。针对动物内脏器官多呈现红色的特点,我们使用黑绿色格雷码条纹,并在黑绿条纹之间加入一个像素宽的红色,以此来判断边界像素的存在。在实验部分,使用该平行轴结构光系统,分别使用二维彩色De Bruijn空间编码方法,双频投影栅线法,二值格雷码编码方法以及基于改进的格雷码编码方法对不同的目标物进行了有效的三维重建。其中使用改进的格雷码方案由于同时使用水平和垂直方向的格雷码投影图案,并在黑绿条纹之间加入彩色像素等,可有效去除噪声,并实现精确重建。