便携式视觉坐标测量系统是近年来测量领域的研究热点之一,与传统的三坐标测量机相比,具有重量轻、便携性好、组建灵活、测量过程简单、测量空间大等优点,非常适合于工业现场测量以及大尺寸测量,可广泛应用于汽车、航空、航天、风电等制造行业。目前,国外在该领域的发展十分迅速,已经有了商用产品,但价格昂贵且核心技术被垄断,因此,开展这一领域的研究具有重要意义以及广阔的应用前景。本文对以双目立体视觉为基础的无线柔性坐标测量技术进行了研究,利用两台CCD相机、一台电脑以及贴有标记点的测笔组成测量系统,通过手持测笔使其测球接触待测目标点,双CCD相机监控测笔上的标记点,进而通过一系列的图像处理和三维重建算法解算出测球的三维坐标,从而实现目标点三维坐标的测量。在这一基本方法中,测笔上的测球在测笔坐标系中的坐标这一结构参数随着测针的更换而改变,是影响精度的重要因素。因此,对测笔进行标定是视觉坐标测量中的一个关键问题;另外,由于相机视场的有限性,对于大尺寸物体,相机不可能在一个位置上将所有目标点测量完毕,因此,拼合测量在视觉坐标测量中必不可少。本文着重针对测笔标定以及视觉坐标测量方法进行研究,主要内容包括:1.提出了一种简单有效的测笔标定方法。该方法只需要将测笔的测球放入一个圆锥孔内,然后转动测笔,并用双目立体系统对多个不同转动位置上的测笔进行拍摄,算法利用不同转动位置处,测球球心不变的约束条件,自动确定出测笔上各标记点以及测球球心在测笔坐标系中的坐标。2.讨论了双目立体相机与被测对象相对位置不变的单站式测量的原理和方法,同时为了克服相机视场的有限性,通过粘贴拼合标记点的方式,实现了相机在多个位置上的拼合测量,借助于拼合标记点,亦可将本系统与三维曲面测量系统相配合,进行复杂曲线、曲面综合测量。3.对直线、平面、空间圆、球面、圆柱等基本几何元素的拟合问题进行了研究,并在研发的系统中实现了拟合算法,从而使视觉坐标测量系统具备了基本形位特征测量的功能。本文在自主知识产权的双目立体测量系统ReCreator的基础上,开发了基于手持式测笔的视觉坐标测量软件,同时通过配置一套遥控装置,实现了无线遥控测量功能,从而单人即可进行测量,提高了测量的便捷性和测量效率。应用研发的原型系统进行了一系列测量实验,对测量精度和测量效率进行了验证,效果良好。