三维重建是计算机图像处理、光学、控制和硬件等多学科的交叉技术,是一种高精度、高效率、非接触的测量技术,能够满足多样化的测量需求,在工业检测、逆向工程、生物医学和虚拟现实等领域发挥着重要作用,并可与人工智能技术相结合实现信息交互,具有重要的科研价值与发展前景。然而,与发达国家相比,我国的三维重建技术起步较晚,在重建精度和应用等方面亟待提高。基于此,本论文以高精度工业检测等项目为切入点,对基于“双目相机+线结构光”的三维重建技术开展相关研究,当前,该技术存在以下问题:（1）算法:双目线结构光重建系统的结构参数对重建精度有直接影响,尚缺乏系统的理论分析;双目相机标定精度不高,在重建过程中产生了累积误差,影响了重建精度;（2）适用性:缺乏对照明光源及激光器亮度的有效控制,造成特征识别率和提取精度的下降;（3）数据完备性:三维重建系统通常仅输出无色点云,造成目标颜色信息的缺失;（4）自动化程度:缺少自动化三维重建系统的设计与分析。面向以上问题,本文的研究工作分为以下4个方面:1.建立了双目线结构光三维重建系统的结构参数与测量误差分析模型,重点分析了结构参数对误差传播系数的影响,结果表明:双目光轴与基线夹角在30°～50°之间时,基线距离与深度比值L/Z在0.6～3.0之间时,视场角接近0°时,系统重建误差相对较小,实验结果与理论分析一致。提出一种基于重投影误差的标定参数协调优化方法,实验结果表明:标志点位移为30-210mm时,使用优化前的标定参数进行重建的位置误差为0.03～0.7mm,对标定参数优化后,重建位置误差为0.02～0.15mm,优化后的重建精度明显高于优化前的重建精度。基于上述研究成果,搭建了双目重建系统,并对标准陶瓷球进行重建,拟合直径的误差为0.022mm,重建精度高于国内其他双目重建系统的测量精度0.030mm;对直角块的两个固定面进行重建,拟合角度与电子角度尺测量值的偏差为0.027°,实测结果表明:本文研究的双目重建系统测量精度较高,能够满足大多数的工业测量需求。2.提出双目结构光重建系统中照明光源和激光器亮度的控制方法。照明光源控制方法基于标志点的有效识别率和饱和率对照明光源亮度进行调节,实验表明:该方法能够根据标志点的识别情况实时调整照明光源的亮度,有助于提高重建系统对环境光的适应性。激光器功率控制方法根据激光线的有效识别率与饱和率实时调整激光器亮度,实验表明:该方法能够根据激光线的识别情况实时调整激光器的亮度,有助于提高重建系统对复杂表面的适应性。相对于传统的人工调节,上述两种调节方法不仅扩展了重建系统的适用范围,还提高了重建效率。3.提出一种三维点云的颜色复原方法。首先,利用双目重建系统获取目标的无色点云和编码点的世界坐标;然后,用彩色相机采集目标与编码点的彩色图像,利用Canny边缘检测与亚像素定位算法得到编码点高精度的图像坐标;再利用改进的直接线性变换法（DLT）求解彩色相机相对世界坐标系的位姿矩阵,进而建立点云与彩色图像像元的映射关系;最后,利用插值法计算局部点云的颜色并完成整体点云的颜色融合。在实验中完成了两个目标的三维彩色点云,颜色的空间偏差小于0.6mm,计算效率达到7.3万点/秒,通过视觉观察,颜色真实程度良好。该方法实现了目标的点云颜色复原,其精度和效率均满足使用需求。4.基于服装个性化设计系统的研制,进行了自动化三维重建系统的设计与实现。根据系统测量指标提出了“双导轨+四组双目探测器”的总体设计方案;基于误差分析模型完成了双目探测器的光学设计与精度分析,双目探测器自身重建精度为0.09mm;对自动化三维重建系统中的传动机构、微调机构等进行了详细设计;对系统中的双目探测器和导轨进行了标定;样机实验中,由自动化重建系统提取的特征参数相对于便携式重建系统测量结果的偏差值均小于1mm,自动化重建方式的点云计算效率为26.55万点/秒,而便携式重建效率最高为20万点/秒,因此,自动化重建系统的重建精度和效率指标均达到预期目标。本论文面向双目线结构光三维重建系统及其关键技术进行了深入研究,同时,开发了系列化三维重建设备和软件,经公安部、广东省重点实验室、长春轨道客车公司、发动机研发企业和吉林大学第一医院等用户使用,重建效果良好。