在高速在线检查、质量控制、机器/机器人视觉、实物仿形、自动加工、反求工程以及医疗诊断等领域中,物体三维轮廓测量的应用日益重要。由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点,具有非接触特性的光学测量方法被公认为最有前途的三维轮廓测量方法。目前,三维测量的方法很多,基于激光的直接三角法由于系统结构简单、测量速度快、且具有实时处理能力,被广泛采用。本文研究二元光学元件(BOE)在三维轮廓测量中的应用,以BOE作为结构光发生器,设计并搭建一套基于三角测量法的三维测量系统。本文主要做了三方面的工作,1.理论推导了BOE的衍射特性;2.详细介绍了系统标定、数据采集和数据处理过程;3.分析了影响系统测量精度的各种因素。BOE是指基于光波的衍射理论,利用计算机辅助设计,并用激光束(或离子束/电子束),在基片上(或传统光学器件表面)刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构,形成纯位相、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。本文设计、光刻的BOE能将入射的激光束整形成空间二维点阵状结构光,且其衍射像是非定域的。系统标定好后,衍射点阵在平面上的分布情况可根据光刻参数和衍射距离计算得到。测量时,只要用相机采集被测物体反射的调制点阵像和记录相应的测量参数,就可通过数据处理拟合出物体的轮廓。BOE与半导体激光器组成的点阵发射装置体积小,重量轻,调节、使用方便。由于出射的是空间二维点阵式结构光,一次可测量被测物体的一个面,提高了测量速度。对采集的信息进行数字图像处理,拟合的结果与实际物体的形貌特征吻合,论证了BOE应用于三维轮廓测量中的可行性和实用性。