三维信息获取技术在人体建模、模式识别、工业检测、逆向工程以及目标识别等领域得到广泛应用,显示出强大的商用和研究前景。光栅投影相位测量轮廓术(PMP)是当前重要的三维信息获取技术之一。随着该技术应用领域的拓展,对动态场景高密度以及高质量三维信息获取成为研究难点和热点之一。围绕基于PMP技术的动态场景高密度三维信息获取的关键技术,论文对二值光栅离焦投影的PMP技术、二值光栅离焦投影的PMP系统标定方法、二值光栅弱离焦投影相位误差、物体运动相移帧间同步误差和双投影设备(EVM)融合的互补解码的PMP技术进行了研究,为进一步建立高速PMP系统提供了理论和实验基础。论文主要内容包括四个方面:1.论文研究了二值光栅离焦投影的PMP技术,分别提出了空间结构感知二值光栅生成方法和时空并用的二值光栅生成方法。空间结构感知的二值光栅生成方法以结构感知半色调算法构造目标函数,并结合考虑条纹周期性和对称性的“块”优化框架来实现。时空并用的二值光栅生成方法以PMP系统线性叠加原理为基础,结合投影设备和相机的硬件特性来实现。两种方法均通过相关仿真和实验,验证了提出方法生成的二值光栅离焦投影后能够得到高质量的近诉弦条纹光栅。2.论文对二值光栅离焦投影的PMP系统标定方法进行了研究,首先利用光束平差法优化非线性相机模型参数,并在聚焦投影情况下建立基于光线思想的双参考面辅助PMP系统标定方法。然后,以相位域映射不变原理和提出的基于迭代的亚像素匹配方法为基础,将聚焦投影下标定方法移植到离焦投影情况下。对于提出聚焦和离焦投影下标定方法均通过相关实验,验证了标定模型精度和对高反光、彩色或复杂物体的重建能力。3.论文对二值光栅弱离焦误差和物体运动相移帧间同步误差分别进行了分析并给出补偿方法。二值光栅弱离焦误差分别以理论推导、仿真模拟和实测实验进行分析,并根据实测结果引入二维拟合多项式误差模型,进而通过后校正方式补偿误差。物体运动相移帧间同步误差通过理论推导得出一次项式模型和二次项式模型,以及通过仿真模拟提出二维拟合多项式误差模型,后对三种误差模型进行对比,以说明提出模型的精度和适应性,并结合Nelder-Mead算法估计运动误差来实现后校正误差补偿。对于提出的两种误差补偿方法均通过相关实验,验证其有效性。4.论文研究了双EVM融合的互补解码PMP技术,提出“严”约束,“准”约束和“非”约束投影元件(DMD)位置关系的双EVM互补型PMP技术。“严”约束方法要求上下层EVM的DMD间严格对齐,以光栅波长互质的双频相位展开方法实现相机少帧采集并解码。“准”约束方法允许上下层EVM的DMD间存在微小错位冗余,以补充型格雷编码相移法实现相机少帧采集并解码。“非”约束方法对上下层EVM的DMD间无位置要求,提出基于周期时空编码的低分辨率高度提取原理,基于低分辨率高度信息辅助相位展开原理和双测量系统坐标数据融合的标定策略,并以此为基础实现相机少帧采集并解码。对于提出的三种双EVM融合的互补型PMP技术均通过相关实验,验证了对复杂物体和动态场景的三维信息获取能力。