随着科技的不断发展,光滑表面产品以其独特的光学特性,在生产制造领域中得到了广泛的应用,如:虚拟现实(VR)镜片等玻璃材质表面、汽车车身等光滑的油漆表面以及经过抛光处理的光滑金属表面等等,同时产生了对光滑表面进行三维测量的需求。目前在三维测量领域,光滑表面零件由于其表面成像特征不明显和镜面反射特性成为当前的研究难点,针对光滑表面的三维测量仍然处于接触式测量阶段,严重制约了光滑表面零件加工制造业的发展,因此有必要研究一种光滑表面的高效、无损、高精度三维测量技术。本文利用条纹结构光三维测量技术高精度和高效率的特点,结合双目立体视觉,解决了光滑表面三维测量中的高度-梯度二义性问题,在系统标定方法、相位提取算法、立体矫正和匹配算法以及梯度积分三维重建算法等方面进行了深入的研究。主要研究内容包括:论述了光滑表面三维测量技术的重要研究意义,综合比较了激光三角法、飞行时间法、双目视觉法等光学三维测量方法的优劣,提出了开展光滑表面高精度无损三维测量技术研究的必要性。介绍了条纹结构光反射的测量原理,分析了单目测量存在高度-梯度二义性的来由,针对双目视觉应用于光滑表面时无法根据灰度特征进行匹配的问题,提出了结合条纹结构光反射和双目视觉的光滑表面的三维测量方法。针对结合条纹结构光反射和双目视觉的光滑表面的三维测量,分析了双目相机标定技术,研究了条纹结构光的相位求解和相位解包裹算法。考虑到双目相机无法直接观察屏幕的问题,提出了基于镜像正交约束的屏幕与相机之间的外参数标定方法。针对光滑表面的立体匹配,首次提出了基于立体校正和表面法向量唯一性约束的匹配算法。针对算法效率和系统标定误差问题,提出了匹配算法的优化方案,并设计了完整的匹配点搜索算法软件。考虑到双目视觉精度有限的问题,设计了匹配结果中的表面法向量数据转化为梯度数据的方法,提出了利用梯度积分算法提高系统测量精度的方法,研究直接积分、傅里叶变换积分和区域波前重构等梯度积分算法原理,设计了积分重构算法实现程序,并进行了对比仿真实验,实现了仿真面型的三维重建。建立了基于结构光反射的双目立体视觉的光滑表面三维测量实验,完成了测量系统的标定,对凸球面反射镜进行了三维测量,利用匹配算法和梯度积分重构算法,恢复了待测表面的三维形貌,对恢复的面型进行了曲面拟合,验证了拟合曲面半径与真实值之间的误差为0.022mm,测量值与拟合值之间的均方根误差为0.0329mm。