粒子图像测速技术(PIV)作为一种新近发展的流场测量技术,广泛应用于水动力、空气动力、涡流、湍流等研究领域,是流场测速中的主要发展方向之一。基于多相机的三维PIV系统是以计算机立体视觉为理论基础,以图像处理为手段,目标是实现流场一定体积内的三维速度矢量分布的测量。然而,传统立体测量中,相机镜头平面与流场成像面平行,焦平面平行于镜头平面和像平面,如果物平面不平行于像平面,则只有相交于焦平面的线才能聚焦,其余光线在像平面上散焦,图像变的模糊甚至失真。本论文基于Scheimpflug(该条件指出当物平面,相机透镜平面,与像平面相交于同一条线时,成像平面呈纯聚焦效果)原理,研制的多相机三维流场测量系统能够使像平面成为纯聚焦平面,减小了畸变,使得对测量系统的定标更准确,为流场的准确测量提供了更精确有效的方法。本文设计了多相机三维流场测量硬件系统,包括多个相机及其三维移动、旋转坐标系统,立体标定装置、体光源激光器和多块高性能图像采集卡。在粒子图像测速系统原理的基础上,建立了改进的多相机视觉数学模型,推导了多相机标定与重构的数学表达式,完成了摄像机定标、特征提取、三维重构等关键算法的设计。应用改进的MATLAB工具箱和OPENCV软件包对测量系统进行多相机标定,对相邻时刻的重构信息进行互相关运算获得了对应的速度信息,应用MATLAB编程实现了上述各关键算法。实验结果表明,本文所设计、使用的流场测量方法及多相机视觉模型均切实有效,能够为实际使用者提供符合要求的测量精度。本文对流场测量数据的处理方法进行了研究,提出了结合希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)、小波变换(Wavelet Transform)等方法的一种综合数据处理技术来分析实验测量数据。通过实验测量数据分析,对傅里叶变换(Fourier Transform)、小波变换与希尔伯特黄变换的特性及优缺点进行了较全面的分析,为流场测量数据的处理提供了一种更有效的方法。