三维重建技术是计算机视觉中的重要研究领域之一。基于双目立体视觉的三维重建是较为典型的重建技术。所谓立体视觉是模拟人眼处理场景的方式,用两台摄像机从不同视点观察同一场景获得一组图像。通过左右图像对间的匹配点视差,推断出场景中各物体的三维信息。基于双目立体视觉的三维重建技术在机器人视觉、工业制造以及医学影像诊断等多个领域具有广阔的应用前景。本文以Marr视觉理论为基础,分别对系统设计、特征提取、特征匹配、摄像机标定、三维可视化五个部分进行讨论与分析。根据近年来国内外双目立体视觉技术在三维重建应用中的最新研究进展,改进了现有的三维重建技术,主要完成了以下的工作:自主设计了方便实用的立体视觉系统。该系统由一对摄像机(或CCD)、标准光学平台、图像采集卡和计算机组成。提出了一种基于边缘约束的匹配传播方法。从已匹配的关键点出发,新增了边缘约束和2D视差梯度约束,采用类似分割算法中区域增长的思想实现匹配传播。该算法不仅能够提高纹理区域的匹配精度和匹配效率,而且对半遮挡区域和纹理一致区域的匹配问题处理也有较强的稳定性。改进了一种基于图像边缘的特征点提取方法。根据本文算法实际用于三维重建的要求,通过Canny算子检测最初的边缘,再利用几何信息选择关键点。根据关键点所确定的标记进行边缘连接,获得完整边缘。引入直线分段法,简单合理地在关键点之间增加定位精确的特征点。采用了两种新的匹配策略即双向一致策略和最高优先策略。在相关性计算后,利用双向一致检验保证了图像对间的一一对应匹配,同时通过最高优先策略选择队列中相关值最大的点对作为匹配点。新策略提高了匹配的鲁棒性和准确性。实验结果表明,重建的三维物体逼真,真实感强,通过放大、缩小、平移和旋转等方式展示各个方向的三维模型,视觉效果令人满意。