面结构光学三维测量技术是针对漫反射物体三维形貌测量的重要非相干光三维传感技术。这种技术因具有速度快、非接触、高精度等优点,在工业检测、生物医学、逆向工程、文物保护等检测领域,得到了广泛地关注与应用。本文以提高面结构光三维测量系统的精度为目标,重点对图像去噪、系统标定进行了研究。低噪声的变形条纹图可极大降低相位提取的误差,提高系统的测量精度。本文首次将曲波变换去噪方法用于面结构光三维测量技术,并通过理论分析和实验研究验证该方法的可靠性。同时与去噪性能较好的小波变换去噪方法进行对比,得出小波变换和曲波变换去噪方法均有较好的去噪能力,但在针对含有空间孤立的截断面形或者跃变面形的变形条纹图进行去噪时,曲波变换更胜一筹。实验结果表明,小波变换易引起边缘模糊且改变了边缘位置,曲波变换去噪方法在有效去除噪声的同时,很好保留了图像中纹理的边缘细节信息,确保了相位解调的准确性,达到提高测量系统精度的目的。三维重建的精度与系统标定的准确度密切相关。基于传统面结构光三维测量系统的标定方法有较严格的几何约束条件,如平行性、垂直性等。这些将严重影响该系统标定的灵活性和准确性。本文针对传统系统几何结构的局限性,提出一种任意摆放面结构光三维测量模型,以提高系统标定的灵活性及系统测量的准确性。同时,本文介绍了几种常见的系统标定方法,分析了传统系统标定技术的优势和缺陷,基于CCD相机标定技术原理,并结合任意意摆放测量系统,提出一种操作灵活、实用的系统标定技术,以提高面结构光三维测量设备的测量精度。该标定技术无需使用精准位移平台或者3D标准件,仅将标定板随意放置于测量视场中不同空间位置,便可同时完成纵向标定和横向标定,且适用于传统的测量系统。实验结果证明,本文提出的任意摆放测量系统模型及相应的系统标定技术具有很强的灵活性和实用性,系统稳定性好。结合曲波图像去噪技术,显著提高系统的测量精度,最高测量精度可达20μm。