随着光学三维传感技术的广泛应用,其精度要求也日益变得苛刻。面结构光三维测量技术以其高速、高精度、非接触等优点备受关注,它是一种主动的非相干光学三维传感技术。面结构光三维测量技术是通过向物体投射面结构光,然后获取被待测物体表面三维面形调制后的图像,解调出待测物体的相位信息,最后通过相位与高度关系可以得到物体表面的三维形貌数据。相位测量的精度直接影响物体重建面形的测量精度,因此相位精度问题是面结构光三维测量中的关键问题之一,是研究热点与难点。本文主要围绕相位测量轮廓术与相位测量偏折术的高精度测量展开研究。论文的主要研究内容包括:1.面结构光三维测量系统相位精度影响因素分析;阐述了相位测量轮廓术与相位测量偏折术这两种测量技术的基本原理、相位解调算法、相位展开算法以及高度重建算法等,分析了面结构光三维测量相位测量精度的影响因素,主要包括:相位解调算法与相位展开算法等导致的噪声问题、系统的随机噪声、由于相位测量轮廓术系统中其他点的镜面分量引起的多次反射问题、系统非线性Gamma效应引起的相位非线性误差等。这些因素将导致相位测量不准确,降低测量精度。2.面结构光三维测量中多次反射消除方法的研究分析;研究分析了相位测量轮廓术中存在的多次反射问题。首先分析了相位测量轮廓术中多次反射问题存在的原因与影响,采用基于高频编码正弦条纹的方法,将相位误差降低了1.3倍,减小了相位测量轮廓术测量系统中多次反射对相位的影响,提高了相位测量精度。3.面结构光三维测量中非线性误差的消除;本文着重阐述了系统非线性Gamma效应对相位测量精度的影响,并分析比较了相位测量轮廓术与相位测量偏折术中非线性的差异。分析了预先畸变条纹补偿法与基于三次样条插值的光强补偿法两种方法,基于此提出一种基于线性拟合的相位误差补偿方法。通过仿真与实验结果分析,证明了该方法的有效性与可靠性,该方法将非线性相位误差降低了20倍。此外,本文还将几种补偿方法进行了实验分析对比,实验结果表明:基于三次样条插值的光强补偿法补偿效果最差,非线性相位误差降低了5倍,本论文提出的方法补偿效果最佳,大大降低了非线性相位误差。4.面结构光三维测量系统中条纹质量的研究分析。面结构光三维测量是从CCD相机采集到的变形条纹中解调出待测物体的相位信息,条纹质量直接影响相位计算精度,研究分析了影响面结构光三维测量的条纹质量的因素。本文对条纹质量的影响因素与关系进行了探究分析,建立了条纹质量分析模型,计算机仿真与实验验证了该模型的可靠性与正确性。根据上述条纹质量分析模型,优化系统参数可获得高质量的条纹,提高相位测量的精度。