随着机器人自动抓取分拣、自主装配和工业检测技术的发展,工业界越来越需要高精度的三维信息来进行物体的识别定位、表面检测、质量控制等。三维重建在机器人技术中起着非常重要作用。即使在诸如机器人自动抓取分拣和工业检测之类的普通任务中,已经认识到有必要采用三维测量去实现现有二维测量无法实现的功能。学术界和工业界都研究了很多关于高精度三维重建的解决方案。由于实际应用中存在着很多具有高反光表面的物体,如何对高反光物体表面进行三维重建成为了一个极具挑战的问题。本文针对现有结构光三维重建方法中存在因物体反光而容易丢失点云数据导致出现点云数据空洞的问题,提出了一种基于多角度单目结构光系统融合进行高反光物体表面三维重建的方法。在该方法中,系统的两个相机共用同一个投影仪,分别组成左右两套单目结构光系统。然后利用预先确定的刚性变换矩阵来提高点云融合区域的融合质量。最后生成点云融合决策图,避免重复重建左系统和右系统的融合区域,确保非融合区域的准确性,以达到单目系统精度。针对现有结构光系统标定方法标定精度不高、不易操作等问题,提出一种基于张正友标定法和局部单应性原理的结构光系统标定方法。在该标定方法中,把投影仪当作一个逆相机。通过在相机与投影仪之间建立的变换关系,利用局部单应性原理将相机获取的标定板图像中各角点映射于投影仪图像的坐标,采用跟相机标定类似的方法进行投影仪的标定,然后将单目结构光三维重建系统的标定转化为双目相机系统的标定。同时,在深入研究现有的结构光编码方法的基础上,设计了一种正交格雷码编码方法,使系统在高反光表面三维重建方面的鲁棒性更强、重建速度更快。而且,这套编码图案既可以用于系统标定,又可以直接用于系统的三维重建,降低了系统设计的复杂度。我们设计了多个实验,以验证所提方法的有效性和准确性。此外,分别进行了光亮金属表面、手机中框和电机定子等复杂物体的三维重建实验。实验结果表明,所提方法具有解决高反光物体表面的三维重建问题和复杂物体的遮挡问题的能力。