随着科学技术的快速发展,出现越来越多的自由曲面产品。由于自由曲面实体难以精确测绘,如何准确、快速地对自由曲面产品三维重建,用于快速、全面测量或检测自由曲面的三维信息,成为目前亟待解决的技术难题。双目视觉三维重建方法是实现自由曲面三维重建的主要视觉方法之一。本文以自由曲面三维重建为目标,对基于网格投影的双目视觉三维重建方法中的关键技术进行了深入研究。主要研究内容包括:1.针对自由曲面的表面无纹理、曲率变化不可预测特点,提出了一种基于网格投影的三维重建方法,将网格条纹投影到自由曲面表面会使得自由曲面具有确定的可识别纹理与特征。并根据该方法的要求,完成了工业摄像机、镜头、光源系统等硬件的选型与设计,构建了基于网格投影的自由曲面三维重建系统。2.在图像预处理过程中,针对细化后的网格边框线条和内部线条交叉区域畸变,影响重建精度的问题,提出一种基于曲线拟合的细化方法,该方法利用交点区域的网格线条特征点信息,准确细化交点区域的网格线条,最高将部分区域的重建误差降低0.2mm。3.针对双目视觉三维重建的关键步骤——图像匹配,提出一种结合基于特征和基于区域的匹配算法,从网格线条到网格线条间区域的分步匹配。提取网格线条特征点,包括网格线条交点和网格线条交点间特征点,采用基于特征的方法完成该部分特征点的匹配。针对基于特征的匹配点对稀疏,为了提高三维重建精度,进一步以网格投影线条指导Census变换的窗口,形成基于自适应窗口的Census变换立体匹配技术,实现网格投影区域的图像精匹配。4.针对三维重建模型难以定量误差分析的问题,提出将本文重建模型与标准模型比对,分析本文重建方法的误差,从标准误差、所有重建点的误差和模型表面误差分布情况等方面对重建模型进行定量分析。实验研究结果表明,本文双目视觉三维重建方法能够针对多个类型自由曲面进行三维重建,并且标准误差均在0.4mm以下。