随着机器视觉技术的成熟以及其应用领域的不断扩大，在机械加工领域中，引入机器视觉技术，作为传统机械加工设备性能提高和系统升级的关键技术，将是一种必然的趋势。对于一些不适合人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常常需要用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高、工作强度大，而用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度，且易于实现息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。因此，将机器视觉应用于机械制造加工领域，无疑对于提升加工自动化水平具有重要的现实意义。目前，将机器视觉引入机械加工装置，实现加工特征的快速提取与反馈，构造一种视觉型数控系统，已成为机械工程的一个研究热点。其中，如何在视觉系统下实现加工特征的快速提取是视觉型数控系统的关键技术。 本文以多维视觉下加工特征的快速提取为目标，深入分析和研究了常用的三维视觉技术，在此基础上结合三视图正投影原理，提出了更加符合机加工特征提取要求的3＋X视觉，并进一步提出了在3＋X视觉下利用三视图重构实现加工特征快速提取的理论和方法。主要在以下几个方面对其关键技术进行了深入的探讨和研究： （1）研究了摄像机成像模型及其标定方法，深入探讨了双目立体视觉和结构光立体视觉两种三维视觉技术，分析了基本体素的三视图投影特征，并结合立体视觉系统中三维特征信息恢复原理和三视图正投影原理，提出了具备两者优点的3＋X视觉。 （2）研究了图像噪声模型及其滤波器原理，在此基础上提出了具有细节保护特性的混合滤波算法，并全面地总结了常用边缘检测算法，对基于灰度阈值的图像分割算法，尤其是阈值选取的方法进行了深入地研究，最后设计了面向3+X视觉的图像处理系统。 （3）深入研究了基于CAD几何模型的三维机器视觉技术和基于工程三视图三维实体重构技术，在两者的基础上，提出了基于3＋X视觉和三视图重构的加工特征提取方法，并深入探讨了在3＋X视觉下实现三视图重构的一些关键技术，如模拟三视图生成算法，分层式三视图特征匹配表以及视图间特征点匹配算法。 本文的主要研究结论和创造性工作如下： （1）提出了按照三视图正投影规则布置CCD摄像机的3＋X视觉布置方法。这种基于三视图生成原理的视觉布置方法能够很好的获取工件在各个主要视图方向上的特征图像，便于视图图像之间的特征点匹配和三视图重构。 （2）通过对图像噪声及其典型噪声滤波算法的深入研究，指出了图像平滑滤波与图像细节保护之间的矛盾，在对大量图像预处理算法分析研究的基础上，提出了具有图像细节保护特性的混合滤波算法；此外，对图像特征提取的算法进行了全面的研究，通过分析比较各种算法的优缺点，选用了DALSA公司Sapera Processing图像处理软件包提供的高度优化图像处理算法实现了3＋X视觉的图像处理系统。该图像处理系统具有较好的噪声抑制能力，能够快速提取工件图像的边缘特征，结合边缘平滑处理算法，平均处理时间在100ms左右。 （3）研究了基于三视图的三维实体重构技术，提出了不同于其的基于3＋X视觉的三视图重构技术，解决了由关联图像生成模拟三视图的问题，设计了基于三视图正投影规则的视图图像特征点匹配算法和用于记录匹配特征点的分层式三视图特征匹配表。这种特征点匹配算法能够模拟人工读图的思路匹配出各个视图图像之间的特征点，并逐一配对的记录在分层式三视图特征匹配表中，而分层式三视图特征匹配表的设计则很好地反映了视图图像特征点匹配的关系，为工件加工特征信息的提取提供了重要信息来源。 目前，关于视觉技术应用于加工过程的研究还处于初级阶段，大量的研究尚未展开，真正意义上的视觉加工设备也还没有出现。因此，为了在这方面有所突破，本文在深入分析和研究现有理论成果和应用的基础上，对图像处理算法、三维视觉技术以及三视图重构理论等开展了系统深入的研究，提出了基于3＋X视觉和三视图重构的加工特征快速提取方法，为机器视觉技术应用于加工领域提供了一定理论基础和技术方法。