物体表面三维形貌测量在科研、自动在线检测、刑侦分析、机器人视觉等领域中起着越来越重要的作用。人们对三维形貌测量的要求也越来越高,主要集中在对测量系统的精度与分辨率、自动化程度及其实用性等几个方面。作者研究了投影光栅相位法的基本原理,包括N步定步长相移法、等步长相移法和傅里叶变换法等方法,分析了各种方法的性能和适应范围：N步定步长相移法可以全场快速和较高精度测量,在测量范围和测量精度之间达到较好的平衡,但对相移装置的精确性要求比较高；等步长相移法只要求各步相移值相等,不要求相移值等于某一个确定值；傅里叶变换法只需要采集一帧变形条纹,但它会模糊待测物表面的细节信息。本文还详细研究了傅里叶变换法中的几种频域滤波器--理想滤波器、高斯滤波器、平顶高斯滤波器的原理,比较了它们性能：理想滤波器“截断”所有高频分量,容易引起“振铃”效应；高斯滤波器在截止频率处下降到最大值的0.607,收敛较慢,要将截止频率设置的比较小,才能滤除零频和高频成分,但也滤掉了一部分有用的基频成分；平顶高斯滤波器可以滤除零频和高频成分,保留大部分有用的基频分量。同时,本文还详细研究了基于调制度质量图的路径搜索相位展开算法,在基于多帧条纹调制度质量图的基础上,扩展了基于单帧条纹调制度质量图。作者提出了一种基于摄像机针孔模型的仿真算法,其与直接仿真算法相比,不需要满足摄像机镜头光心到参考平面的距离远远大于待测物表而的高度即L>>的条件,并进行了仿真实验验证。作者研究了定步长算法,通过仿真和实验分析了周期、灰度级、相移误差和量化误差对定步长方法测量精度的影响,总结了可用于指导实验的规律；分析了等步长Stoilov方法在处理条纹图像时存在的异常情况,研究了改进方法：将已知相移量的值直接代入的方法,并做了实验验证,证明改进的方法更加有效：研究了相移量对等步长Stoilov方法的性能的影响,得到了结论：相移量△=0.5π时,结果最好。作者研制了一台多功能三维形貌测量仪,将相移法、傅里叶变换法、基于质量图导向的路径搜索去包裹方法以及双CCD图像融合方法等有效地集成在一起,仪器可以运行三种模式--测量模式,自动模式和半自动模式,可以用于待测物体测量、开放性实验和设计性实验等,体现了良好的开放性和扩展性,是一台将实际测量、实验教学、自动演示集于一身的基于白光的物体表面三维形貌测量仪。数据处理软件系统在设计之初就考虑了扩展性和开放性,采用了软件工程中的MVC设计模式,虽然功能复杂,但是架构清晰,具有良好的可维护性和可扩展性。