主动式三维成像技术是一种有别于二维成像的新型光学探测技术,它可以全面获取目标物体的三维空间位置信息,目前已广泛应用于机器视觉、人机交互、目标识别与跟踪等领域。相比于传统三维成像技术,无扫描三维成像技术具有成像速度快、抗干扰能力强、空间分辨率高、隐蔽性能良好等优点,是目前三维成像技术领域研究的热点。本文对基于间接飞行时间法(Time Of Flight, TOF)和面阵CCD(Charge-Coupled Device)的无扫描三维成像系统的原理和特性进行了研究分析,包括工作原理,系统实现和摄像机参数标定三部分,以及最后的实验验证部分。首先,本文阐述了TOF技术原理,并在此基础上介绍了本文间接TOF技术测距原理,即基于深度值-距离曲线实现距离测量,并提出了本文获取深度值及消除灰度影响的图像加权法。接着,本文阐述了基于间接TOF无扫描三维成像技术方案和系统构成,系统主要由光源系统、光接收系统以及中控处理系统三部分组成。在系统实现部分,主要介绍了系统的硬件电路组成和软件实现。系统硬件电路部分包括主要光学器件的选型及设计、激光脉冲光源驱动电路设计和CCD驱动电路设计,并对驱动电路进行了实验测试。软件实现部分主要介绍了上位机软件模块,主要包括数据采集、图像预处理和深度图像恢复三个部分。摄像机参数标定部分主要介绍了摄像机几何参数的标定及校正、距离标定和视场角测量。摄像机几何参数采用张正友标定法标定,本文详细阐述了标定步骤,并对摄像机进行了校正。在距离标定部分,提出了本文获取深度值-距离曲线的方法,并分析了获取的深度值-距离曲线。在视场角测量部分测量了横向、纵向以及最大视场角。实验部分选取了室内和室外两种应用场景。在室内,对同一目标物体上的同一点在不同距离下进行了多次测量,误差均在厘米级。在室外,测量结果较好的验证了滤光片的环境光滤除效果。