随着计算机图像视觉及多视图几何的深入研究,三维测量技术在自动驾驶技术、无人机导航、物流分拣、工业自动化、机器人场景地图构建等领域都得到了广泛应用。单目结构光系统有别于传统的双目视觉系统,通过利用投影仪取代其中一个相机来避免最容易出问题的立体匹配环节。只要解决投影仪准确的标定,可以实现更大视角及高效的三维测量重建,同时降低其成本。针对基于格雷码编码的单目结构光测量系统中关键的几个问题:投影仪标定,格雷码编码与解码、点云的自动拼接,本文进行了深入研究并提出了相应的解决方案。投影仪标定。利用投影仪与相机有相同成像原理的特点,设计一种粘贴有棋盘格的投影仪标定板,相机单次拍摄能同时获取标定板上的投影图案和棋盘格图像。棋盘格图像确定标定板平面方程,投影图案确定相机光线与标定板平面的交点,从而计算投影点的空间位置,实现对投影仪的标定。格雷码编码与解码。时间编码技术中的格雷码编码相比于二进制编码有多个优势,其两相邻码中仅一位二进制数不同、最大值与最小值也仅一位数不同、且提高了编码图案的分辨率。利用格雷码编码技术可以精确的根据相机成像平面的点恢复对应投影仪上的投射点。本文在设计编码图案上主要有两个创新点:第一,首先使用一黑一白纯色图案投射至待测物体表面,利用阴影部分在两次投射图案中像素值变化幅度小的特点,预先剔除阴影区域以减小计算量和相关误差的引入;第二,为了能得到正确的图像灰度阈值,本文对每一级编码图案都设计一幅与之条纹数目相同但黑白条纹位置颠倒的对应图像,利用这样的图像可以有效地与原始图像进行灰度判断。点云自动拼接。根据点云法向量变化程度选取多视点云的特征点,再对每个特征点建立FPFH特征描述子的直方图,初步筛选出合适的匹配点对。为了校验匹配点对的正确性,利用欧氏空间距离不变性和RANSAC算法进一步筛选,然后利用四元素法和SVD求解初始的刚体变换矩阵,完成点云的粗配准。最后进行测量系统的相关实验,获取的点云数据通过平面度、垂直度和准确度三个指标来评估,结果表明测量系统鲁棒性高、畸变小。