随着计算机视觉的不断发展,基于视觉的三维重建技术引起了学术界和产业界的广泛关注,目前在三维检测、智能机器人视觉、3D打印等领域有着广泛的应用。基于伪随机编码结构光的三维重建在精度、实时性、鲁棒性等方面都具有一定的提升空间,因此对于该三维重建技术的研究具有重要意义。本文针对近距离的物体进行三维重建,从算法、软件和硬件三个方面对基于伪随机编码结构光的三维重建系统进行分析与设计。该系统使用投影机主动投射伪随机编码图案,双目相机获取图像后对物体进行三维重建;该系统的最佳工作距离约为350mm,帧率约为15fps,三维重建的点间距的精细度范围是0.2mm到3mm。本文的主要工作包括以下四个方面:(1)研究了伪随机编码的生成方法,设计并生成了符合本文要求的伪随机编码。本文设计的伪随机编码大小为320×147,由7个大小为320×21的伪随机编码拼接而成。在大小为320×21的伪随机编码区域中,任意5×5的区域具有唯一性。采用多个伪随机编码图案拼接的方案使得在极线搜索时保证图像块的灰度值在该极线上具有唯一性的同时,降低伪随机编码的难度。(2)制作了高精度的标定板,多次标定双目相机提高标定精度。将反光标记点贴在表面材质为漫反射的玻璃板上从而形成了高精度的标定板。基于MFC框架开发了相机内参比较器软件,可直观比较前后两次相机标定结果的差异。(3)设计了一套三维重建的软硬件系统。该硬件系统由两个工业相机、LED补光灯和投影机等组成,具有轻巧、灵活、便携等特点。基于MFC框架开发的软件系统,实现了相机标定、硬件调试、实时显示三维点云等功能,方便了三维重建算法的验证。(4)本文的三维重建系统,改进了常规的三维重建算法,在精度、实时性和稳定性方面都有显著提高。在立体匹配的过程中使用了基于伪随机编码图案、图像金字塔和模板匹配等方法,提高了立体匹配时的精度和效率;利用双边滤波的图像预处理方法,提升了三维重建算法的稳定性;在算法的实现过程中,为了提升三维重建的实时性,采用了多线程和GPU加速方法。