人类所处的世界是巨大的三维空间,每个物体都以三维的形式呈现,随着时代的发展,三维成像测量技术得到了越来越多的应用,在工业质量控制、文物三维建模、生物医学、虚拟现实、人脸识别具有广阔的应用前景,一直以来都是科学研究者研究的热点方向。数字条纹投影技术具有非接触、高精度、高稳定等优点,广泛用于物体三维成像领域,但是在数字条纹投影技术中仍然存在着诸多挑战:(1)由于商业投影仪γ效应导致的非线性问题;(2)相位解包裹问题。本文针对结构光投影三维形貌测量技术中因投影仪γ效应导致的非线性效应以及物体相位信息与深度信息之间的转化关系进行了深入研究和实验分析,并搭建了一套实验测量系统。本文所做的工作主要围绕以下两个方面进行:(1)论文在深入阐述了离焦二元结构光三维形貌测量编码原理和离焦特性的基础上,对基于抖动条纹的结构光三维成像原理进行了深入研究,抖动算法作为产生高质量二值结构光的常用方法,存在误差扩散的缺点,此外,离焦二元编码技术中非线性效应导致的高次谐波分量会对三维形貌测量产生误差,本文提出了一种通过阈值优化抖动算法生成二元图像的方法。引入参数α动态调整阈值,考虑图像不同像素灰度值对抖动算法的影响,提高离焦后抖动条纹的正弦性。仿真和实验结果表明:在引入参数α为50时,离焦后的阈值优化抖动算法条纹具有更好的正弦性:相比直接采用标准正弦条纹和传统Floyd-Steinberg抖动算法,在条纹周期为40 pixel时,该方法所得相位均方根误差分别减小0.0137rad和0.0200rad,且对模型凹陷突变区域成像更清晰,显著提高了物体表面还原的图像质量。(2)论文在分析了相机标定模型基本原理的基础上,提出了一种适应数字条纹离焦投影技术的标定方法,将投影仪作为逆向“相机”,利用相移法得到位置点绝对相位信息,紧接着确定相机像素与投影仪像素一一映射关系,利用相机标定方法对投影仪进行标定,最后利用数字条纹投影系统的相位信息,得到物体的实际高度信息,完成三维形貌测量工作。实验证明在随着离焦量的增大,采用本文提出的适用于数字条纹离焦投影系统的标定方法可以获得接近聚焦情况下的物体深度信息。