管道由于具有安全、经济、高效等特点，渐渐成为输送石油和气体等能源的主要手段，同时其在化工领域的用途也十分广泛。但是管道输送的对象大部分都具有易燃、易爆、高腐蚀性等特点，因此定期对管道进行检测和维护对于保障安全生产具有重要的意义。本论文围绕国家自然科学基金项目——管道内表面三维形貌视觉检测理论与技术研究，以内径尺寸在70mm-200mm之间的工业管道为研究对象，针对管道内表面视觉检测系统的设计、标定以及实现所涉及的问题，从理论、方法和实验上进行了较深入的研究。根据检测系统的特点以及要求，本文采取在管道内壁受限空间内纵向排列摄像机与激光投射器的方法，有效减小了激光视觉传感器的横向尺寸，保证了结构光视觉传感器的小型化结构模式。进而设计了适合系统特点的平面靶标并采用张正友法完成摄像机标定，之后提出了基于单应性矩阵和平面靶标，构建空间圆结构光标定点的方法。此法能够将摄像机标定与圆结构光标定同步进行，而且整个标定过程在现场进行，大幅度减小了由于系统结构差异导致的误差。此外本文着重进行了管道内壁图像特征信息提取算法的研究，通过阈值对比以及邻域检测等方法去除了管道内壁图像中的噪声，得到了圆结构光条中心的精确提取结果。本文采用所搭建的管道内壁检测系统对实际工业管道进行测量，通过VC++6.0以及MATLAB编程求取结果。实验表明该系统具有可视化效果好等优点，能够实现较高精度的管道内表面测量。