结构光三维测量技术的应用对工业生产的意义巨大,随着工业生产的升级,测量环境、待测物体表面的光学性质都变得越来越复杂。如何在实际的工业测量环境中降低测量误差、保证测量系统的稳定性成为了结构光测量系统发展的重要方向之一。当前学者对于结构光测量的研究大多是利用光强度作为信息传递通道。但是,光线的强度在传递的过程中较易受到环境、物体表面的光学性质的影响,最终使得相机捕获的结构光编码数据信噪比低、甚至编码数据缺失,导致难以解码。而光的偏振属性提供了一条额外的信息通道。相比于光强,光的偏振性质在复杂环境中具有更好的稳定性。因此,本文提出了两种基于多偏振态编码结构光的三维测量技术来提高结构光三维测量的速度及精度。一是提出了基于多偏振态编码Gray结构光的技术,该技术改变了传统黑白编码Gray结构光的方式,分析了液晶投影仪的投影光的多偏振态特性,并且论证了投影光的偏振态在结构光测量系统中具有稳定的传输特性,即投影光的偏振态经过物体表面反射后依然具有原偏振态特性。该技术将Gray结构光的编码信息编码在偏振光的偏振状态之中,在相机获取偏振信息的过程不需要额外旋转偏振片,并在单次曝光时间下即可获取大范围反射率物体表面的高精度3D点云数据,并且推导得到偏振增强Gray图像与物体的反射率、相机的敏感系数以及曝光时间无关,而与多偏振态编码Gray结构光在某方向上的偏振强度有关,同时计算偏振增强Gray条纹图案的算法简单。实验结果证明了该技术极大的提高了测量速度,在单次曝光时间下即可获取大范围反射率物体表面较为完整的3D点云数据。二是提出了基于多偏振态叠加编码正弦结构光的技术,该技术利用液晶投影仪构造不同于传统灰度正弦结构光的偏振结构光,解决传统灰度正弦结构光编码因为过曝和欠曝,出现尖峰、断裂、低信噪比的现象,通过在投影仪投射的光线的颜色与光线的偏振态之间建立偏振模型,构造了多偏振态叠加形成的偏振正弦结构光,同时不用旋转偏振片就能够利用相机获取含有相位信息的偏振正弦结构光,使得正弦条纹在测量大范围反射率物体时正弦波质量得到提升,由于得到高质量的相移图案只需要一次曝光时间,因此极大地提高了测量的速度。实验结果表明该技术提升了正弦结构光条纹的质量、展开包裹相位的连续性以及3D点云数据的精度。