随着各个研究领域的深入发展,三维测量技术受到越来越多的研究学者们的高度关注。在计算机视觉、医学图像处理、考古探测、现代工业生产等方面,三维测量技术有着其不可替代的作用,应用前景十分广泛。根据获取到的信息,对物体表面实现高精度的三维重建,是三维测量领域的重要研究内容。本文采用的三维重建方式是基于格雷码结合相移的结构光的双目三维重建。文中对三维重建过程中所用到的关键技术的相关理论进行了深入分析,并设计了相关实验。首先,分析了摄像机成像的基本原理,单目摄像机标定及双目联合标定,并使用黑白棋盘格进行了摄像机标定实验和误差分析。对于双目成像系统,还研究了双目极线校正理论,完成了左右摄像机图像的校正,提高了对应点匹配的速度和效率。其次,总结和对比了几种常见的结构光的编码方式,采用了5幅格雷码图案和4幅相移图案的的方式对石膏大卫头像进行了三维重建。格雷码解码过程中,提出了一种新的解码方案,保证解码正确的前提下,改善了投影格雷码和反格雷码图案的解码方式投影图片多的问题。然后,对三维点云重建和拼接的内容进行详细介绍。对于重建过程,介绍了立体匹配的方法与约束准则、测量死角剔除,并分析了两种三维坐标计算方式原理。针对点云拼接,介绍了同心圆标识的圆心提取算法原理、标识点自动匹配原理以及点云间运动参数的计算方法,并设计实验验证了算法的有效性。在得到三维点云后,根据标识点计算点云间的运动参数并对得到的点云进行拼接,取得了不错的效果。最后,根据所选的硬件设备,在VS2010环境下使用C++语言基于MFC和Open CV自主开发了配套的三维重建软件系统,并设计了良好的人机交互界面,使得三维点云重建的过程更加简洁、高效。该软件系统还可以导入不同格式的点云文件显示,并且可以对点云进行一些简单的操作,比如旋转、平移等。