随着工业制造领域的快速发展,三维精密测量方法、技术和仪器不断推陈出新。从经纬仪、全站仪、三坐标测量机等传统坐标测量仪器,到立体视觉、结构光测量等视觉测量技术等,三维测量技术朝着高感知、高效率、高精度方向发展。为了解决目前常规尺寸测量手段面临的问题,本课题组突破传统测量仪器的正交轴系架构,提出了一种新型的三维坐标测量仪器——关节型激光传感器。传感器系统参数标定、视觉引导自动测量及激光点重合判别是关节型激光传感器实现高精度、高效率测量的关键环节。其中激光光斑的高精度定位提取是上述关键环节中的核心问题。本文着重研究图像处理技术在关节型激光传感器中的应用与实现。首先,从关节型激光传感器的测量方法原理入手,对系统的测量原理和运动学模型进行了研究。基于透视投影变换模型、刚体旋转理论及四元数建立了系统的测量数学模型。然后,对关节型激光传感器的系统参数标定和视觉引导技术以及其所用到的图像处理技术等进行了研究。对于系统参数标定,提出一种基于最小区域空间圆拟合的竖直轴和水平轴标定方法以及基于球靶标和平面靶标的视准轴标定方法。对于视觉引导,提出一种基于二分搜索策略的视觉引导方案。结合实际测量情况,对参数标定和视觉引导过程中所用到的图像预处理、阈值分割、边缘检测、目标定位、质心提取、图像校正等图像处理技术进行了研究。此外,激光光斑的高精度定位提取是提高关节型激光传感器测量精度的关键。针对激光光斑中心的定位问题,分析了激光光斑的图像处理误差来源,研究了一种基于非线性最小二乘的补偿方法,提高激光光斑中心的定位精度。最后,搭建了关节型激光传感器实验平台,对激光光斑中心定位补偿算法、系统参数的标定以及空间三维坐标测量进行了实验的验证。