随着科学技术的快速发展，应用于航天、航空、军事和民用工业领域的大型复杂构件需要越来越高的加工和装配精度。为了满足这些要求，在过去的几年中用于三维坐标在线测量的技术和设备得到长足发展。这些系统被广泛地应用在尺寸检测、逆向工程、变形测量以及其它三维测量任务中。其中视觉坐标测量技术作为一种全新的坐标测量形式，使坐标测量从传统的机械导轨的约束中解脱出来，开拓了解决测量领域中诸多问题的新思路。　　本研究目的是在现有的三维坐标视觉测量研究的基础上，探讨研究一种新的视觉坐标测量方法，即利用基于光学测棒的立体视觉现场测量方法，以满足大型构件三维坐标现场测量的需求。对于这样一套系统，需要重点解决摄像机内参数精确校准、特征像点亚像素定位、基于光学参考棒的双摄像机外部方位参数现场校准和立体视觉测量建模等关键技术问题。基于这一视觉坐标测量思想的提出，论文根据光学测棒成像视觉坐标测量系统的特点，提出了利用优化光强控制的红外发光二极管作为光学特征点，结合光学测棒的优化设计，极大地改善了特征点成像质量，简化了特征点识别和匹配方法。利用双线性插值灰度平方加权质心定位算法实现现场复杂成像条件下准确确定特征点成像的中心位置。同时还分析了阈值选取、特征点大小等对特征点成像中心的影响。对于保证系统测量精度的重要环节之一的摄像机内参数校准，论文提出了基于共线性约束的优化平差方法。该校准方法利用在不同位置和姿态的摄像机对虚拟立体校准模板进行多次成像，利用空间特征点与其成像点之间的共线性约束建立共线性超定方程组，通过Levenberg-Marquardt优化迭代算法精确确定摄像机内参数，其中迭代初值是通过直接线性变换(DLT)来获得的。通过试验验证以及与独立参数校准和立体校准方法的对比分析，证明了该方法的优越性。对于应用于现场测量的立体视觉坐标测量系统，两台摄像机之间的相互方位通过光学参考棒实现精确校准。它通过光学参考棒在被测体范围内沿宽度和深度方向的多次成像，在两台摄像机中形成相互对应的点云。利用外极线约束原理，通过线性8点算法和M估计方法对基础矩阵进行求解并分解来获得两台摄像机之间关于一比例因子的相对方位；通过光学参考棒上各特征点之间已知的距离关系，利用比例约束来进一步确定该比例因子，并最终精确确定双摄像机之间的相对方位，其校准精度基本接近试验室离线校准的精度。对于大空间三维坐标立体视觉现场测量问题，论文提出的基于光学测棒的测量方法，弥补了常规三角测量方法中存在的对被测表面依赖程度大、无法实现对被遮挡表面进行测量等不足。论文提出了利用最小化点到投影射线距离平方和的方法来求解噪声干扰下的光学测棒上5个特征点的空间坐标，并进而确定测头(被测点)坐标。论文最后通过试验验证了系统测量的不确定度指标。