光栅图像投影三维（three dimension,3D）测量技术主要目的是完成被测物体的3D数字化建模,具有高精度、快速、无接触测量的技术优势,在3D打印、文物数字化保护、逆向工程、工业检测及智能机器人等领域拥有广阔的应用前景,在生产生活中扮演着越来越重要的角色。光栅图像投影测量技术依赖投影正弦条纹图像携带的相位信息实现被测体的3D形貌测量。然而,受测量系统特性、图像数据采集过程中被测体的高反光或非静止状态以及噪声干扰的影响,从采集图像中提取的相位质量下降,导致3D形貌的重建和测量精度降低。为了提取高精度相位信息,本文从以下几个方面对相位提取进行了研究。（1）基于光栅图像投影测量系统的相位误差补偿方法研究由于测量系统中的投影仪及工业相机都是非线性元件,测量系统的输入输出近似呈现Gamma非线性特性关系。测量系统的这种特性将引起提取的相位产生系统性误差。本文针对测量系统非线性引起的相位误差,提出了一种分区进行相位补偿的方法。首先,对采集到的光栅图像进行HT,并计算出希尔伯特域的相位信息。其次,根据时域和希尔伯特域的绝对相位差,判断出相位扰动区。然后,实施误差分区补偿策略,在相位扰动区外,直接融合时域和希尔伯特域的相位;在相位扰动区内,将系统误差抑制问题转化为求超越方程数值解的问题,并利用粒子群算法完成数值解的求解。仿真和实验结果表明,本文方法能够有效降低提取相位的均方根（Root Mean Square,RMS）误差,提高了提取相位的精度。本文方法继承了希尔伯特方法简便快捷的优势,无需增加投影数目或硬件成本,同时,克服了希尔伯特方法易发生频谱泄露的不足。（2）基于高反光物体形貌测量的相位提取方法研究由于高反光的影响,相机采集到的光栅图像像素发生大面积饱和。饱和像素区的存在,使得光栅图像中携带的相位信息丢失,这将导致无法利用相位信息完整重建出被测物体的3D形貌。本文提出了一种最佳光栅图像投影方案,通过投影并采集清晰的光栅图像,从而能够提取高精度相位信息。首先,根据图像成像的数学模型,投影三帧均匀光图案,在相机成像平面上自适应地计算出饱和区内每个像素位置上的最佳投影强度。其次,投影格雷码图像序列,建立相机成像平面坐标与投影平面坐标之间的映射关系,从而能够在投影平面上获得最佳投影光栅图像。然后,投影正弦光栅条纹图像来验证映射关系的可靠性。最后,通过相移法提取采集图像的相位信息。测试结果表明,本文方法能够有效避免高反光的发生并能够采集到清晰的图像,从而提取高精度的相位来实现3D形貌测量。本文方法无需改变非饱和区的投影光强和曝光时间,从而保证投影图像具有较高的信噪比。（3）基于非静态物体形貌测量的相位提取方法研究当被测物体处于非静止状态时,利用相移法提取相位会发生较大误差,这限制了光栅图像投影测量在某些场景中的应用。本文对相移法的计算模型进行了分析和推导,提出了一种改进的相位提取方法。首先,对相移法的相位计算模型进行了改进。其次,引入Morlet复小波检测帧间相位变化量,并对帧间相移量的函数极性进行了分析,从而得到改进模型中的计算参数。仿真和实验结果表明,本文所提方法兼具相移法和单帧投影法的优势,在被测体处于非静止状态时,利用本文方法提取的相位进行3D重建后,RMS误差在对比方法中最小,表明本文方法能够抑制测量物体非静止状态带来的相位误差,提取的相位质量更好。本文方法扩展了相移法的应用范围。（4）光栅图像去噪方法的研究光栅图像投影测量系统在工作过程中,采集到的光栅图像存在强度水平未知的噪声。噪声的存在,影响相位计算的精度。为了抑制噪声对提取相位质量的影响,本文分两步来去除噪声。第一步,借鉴现有研究方法,首先对噪声以高斯分布建模,建立噪声方差与图像平均能量的关系模型,然后人为添加一帧均值为零的高斯噪声图像,根据建立的关系模型估算出条纹图像的噪声方差值。第二步,根据估算的噪声方差值,在相位图中实施高斯滤波。本文首先对噪声方差估计方法的准确性和鲁棒性进行了测试,测试结果表明本文方法在估计的准确性和鲁棒性上都有较好的表现。然后本文对滤波效果进行了测试,仿真和实验结果都表明,经过本文方法处理后,相位的RMS误差在所有对比方法中最小,表明本文方法能够有效抑制噪声对相位的影响。本文方法为强度水平未知的光栅图像噪声处理提供了理论依据。