物体的三维形貌特征是物体最重要、最基本的特征之一，也是比较、记录及复制物体的基础。因而，物体的三维形貌测量有着比较重要的意义。三维形貌测量在实际生活和工业生产中有着比较广泛且重要的应用，如：逆向工程、工业生产上的质量监控、机器人的视觉系统、刑事侦探和生物医学等等。实现三维测量的方法有很多，但光学测量方法与其它方法相比具有高精度、非接触、全场性且易于实现自动化等优势。本文通过投射正弦光栅、采用四步相移法来获取所测物体的高度信息。首先，通过四步相移法的基本原理获得相位主值，即被包裹在[-π,+π]之间的相位值。然后，在分析比较不同的相位解包裹方法后，采用了一种质量引导不连续路径的解包裹方法，通过此方法得到正确连续的相位值。最后，通过三维重建得到所测物体上各点的高度信息。对不同形状的物体进行测量，并对测量的相对误差和误差区域做了分析。由于仅由一个CCD相机采集到的图片可能存在阴影区域，导致表面高度变化过快的物体测量得到的三维数据不完整。因而，为了对误差区域做处理，采用双CCD相机进行图像采集。并根据人脸面具本身的特征采用了基于人脸特征的180o拼接方法，对不同视角测量后的三维数据进行拼接，最终有效地避免了阴影区域对高度测量的影响，且拼合区域过渡平滑、自然。在分析理论的基础上，结合考虑测量精度和实际条件，设计了基于相移法的物体三维形貌测量系统，并通过了实验和MATLAB编程加以实现。对不同物体进行三维测量，对该系统进行试验。试验结果表明：本文设计的三维测量系统方法是有效可行的，对实验设备的要求也比较简单，且取得了较好的实验结果。