双目立体视觉技术是计算机视觉领域研究的重点,旨在通过拍摄的二维图像对获取场景的三维信息,是人类利用计算机实现对三维场景的认知、识别和理解的一个重要手段。该技术应用领域广泛,在交通、医学、人工智能、科普等领域都有很好的应用前景。本文研究的“虚拟网球”系统是面向科普场所设计的人机交互系统,其核心技术为双目立体视觉。该系统模拟网球比赛中的“鹰眼”系统,通过对运动中的网球的连续识别与定位,获取其序列三维坐标,判断落地位置,并利用虚拟现实技术实现了网球运行过程的三维重建,从而提供网球运动过程的回放,并使细节观察成为可能。基于“虚拟网球”系统,本文重点研究了双目立体视觉中的若干关键技术,概括如下：研究并实现了双目摄像机立体标定。首先,改进了SUSAN算法和Harris算法,实现了棋盘角点提取,并针对其准确性和稳定性进行了分析；第二,针对成像畸变问题,提出并实现了基于Tsai两步法的双目摄像机立体标定方法。研究运动检测的常用方法,结合系统实时性、鲁棒性的要求实现运动网球的检测。针对光线分布不均及目标快速运动的问题,提出多种网球识别方法,并进行对比分析,确定了具有良好抗干扰性能和实时性能的网球识别方法。研究和实现虚拟网球系统的立体匹配和网球轨迹三维坐标获取。提出了基于空间抛物线的分步拟合方法,实现了准确、均匀、光滑、连续的目标轨迹数据的捕捉。对网球落地位置进行判断并完成网球运行轨迹的三维重建和运动过程回放。通过对双目立体视觉系统各个技术环节的研究和实现,最终完成中国科技馆新馆展品——“虚拟网球”系统。该系统近一年的现场稳定运行状况表明,本文研究的基于双目立体视觉的三维定位方法取得了良好的效果,系统具有可行性、可靠性和稳定性。