物体三维形貌信息日益广泛的应用给人们的生活带来了越来越多的便捷,如何准确、快捷地获得物体三维形貌信息具有重要的意义。接触测量和非接触测量是物体三维形貌测量的两个主要大类,非接触测量中的光学测量技术又以其具有准确、快速和局限性小等特点应用最为普遍。本文设计一种衍射光学元件,用于生成光学三维测量中的结构光,当相干光照射衍射光学元件时能够获得预设的随机分布点状结构光,投影到待测物体表面后,用采集到的数字图像计算不同位置处光点的疏密和尺寸数据,系统可以获得物体的三维信息。该衍射光学元件可以使测量装置小型化,获取的三维信息足以快速得到物体的运动信息,达到手势识别、运动方向判断等目的。本文对设计衍射光学元件的过程进行了详细的讨论,具体工作内容为:(1)比较了物体三维形貌测量的各种方法,总结了国内外学者三维形貌测量工作研究的进展,在此基础上详细阐述了结构光投影法的工作原理。(2)介绍了二元光学的原理和相关技术,并利用GS算法构建所需衍射光学元件的相位分布。用MATLAB编程模拟计算完成了该过程,对比了菲涅尔衍射型和傅里叶变换型两种衍射光学元件对应再现像的特点。(3)分析了衍射光学元件最小采样间隔和元件尺寸对再现像的影响,为设计衍射光学元件提供参数设置依据。对比了4台阶量化、8台阶量化和未量化相位分布衍射光学元件再现像之间的差异,通过再现像的剖线图可以看出相位分布的量化处理虽然给加工带来方便,但会引入量化噪声,量化后台阶数目越少,量化噪声越大。(4)将编程计算所得衍射光学元件的相位分布输入到液晶空间光调制器中,用激光束照射,对所设计衍射光学元件的再现效果进行了实验检验。在理论分析和实验验证的基础上,确定了设计方案和相关参数,采用GS算法设计了可以产生目标结构光的傅里叶变换型衍射光学元件,将所设计衍射光学元件相位分布输入到液晶空间光调制器中,用激光束照射进行实验检验,证明成像距离大于一定值后均可以获得目标结构光的清晰像,完成了衍射光学元件设计的工作。