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随着三维数字图像相关方法的广泛应用,人们对全场测量精度的要求越来越高。如何利用限定的硬件设备来实现高精度测量并保证全场测量精度的一致性是有意义的。对于一套三维数字图像相关(3D-DIC)系统,可以很容易地得到系统的一系列参数,例如镜头焦距、像元尺寸大小、立体角和工作距离,匹配误差的范围一般为0.01~0.02像素。如果在使用3D-DIC系统测量变形之前可以基于上述参数估计出该套系统的测量误差将为实际应用带来便捷,具有指导意义。本文对两种常用的双相机3D-DIC测量系统即水平布置双相机3D-DIC与竖直布置双相机3D-DIC进行研究后发现:这两种双相机3D-DIC测量系统在X方向与Y方向上的测量精度不一致,且其中某一方向的测量精度较低;视场中心区域与边缘区域的测量精度不一致,且边缘区域的精度低于中心区域。为实现高精度测量并保证全场测量精度的一致性,本文对四相机双向组合正交布置3D-DIC的测量精度进行系统分析研究。数值模拟研究结果表明:双相机3D-DIC测量方法的三维重构精度与光轴夹角密切相关,而四相机双向组合布置测量方法的三维重构精度随着光轴夹角的增大变化趋势平缓。双相机3D-DIC测量方法全场的三维重构精度在平面方向上不一致,在离面方向上具有一致性,而四相机双向组合布置测量方法全场的三维重构精度在平面方向与离面方向均具有较好的一致性。水平布置双相机3D-DIC在Y方向的三维重构精度略高于X方向;竖直布置双相机3D-DIC在X方向的三维重构精度略高于Y方向;四相机双向组合布置测量方法在X方向和Y方向的三维重构精度具有较好的一致性。通过对比发现:四相机双向组合布置测量方法的测量精度高于双相机3D-DIC测量方法,并且能同时保证面内方向与离面方向的精度。根据上述分析研制了一套简易的四相机双向组合测量系统,分别推导出能够描述两种双相机测量系统及四相机双向组合测量系统视场中心点三维重构误差的具体表达式。理论误差公式揭示了三维重构误差与系统参数间的关系和变化规律,也揭示了在增加约束与引入误差的共同作用下四相机双向组合系统测量精度得到提高的原因。通过一系列不同光轴夹角下的静态实验,验证了三维重构误差理论公式的正确性。通过对比发现四相机双向组合测量系统可以提供比双相机测量系统高1倍左右的测量精度。最后将四相机双向组合测量系统应用到实际测量中,取得了高精度的测量结果,三维重构误差理论公式起到了指导与误差评估的作用。