几何参数的测量一直是计量领域的重要研究内容.光栅投射3-D轮廓测量技术是一种快速、非接触、全场测量手段,在复杂物体的几何轮廓测量中有着广阔的应用前景.该论文是国家教育部科学技术研究重点项目(编号:99140)"基于图像拼接的视觉测量关键技术的理论与应用研究"的研究内容之一.该文着重研究了参考面相位扩展、时域相位展开、3-D坐标标定和测量以及3-D轮廓拼接等关键问题,论文的主要工作包括以下几个方面:1.首先分析了典型的交叉光轴光栅投射系统中,几何结构参数对测量性能的影响.针对传统结构中的多个几何强约束条件,提出了新的系统几何结构.2.在理想系统结构不能满足时,参考面上的相位分布也不再均匀.该文提出用二元二次有理多项式模型来描述不同高度的参考面上展开相位分布,并用一阶泰勒级数展开实现了最小二乘迭代求解.3.测量中常遇到不连续物体的3-D面形测量,普通的空域相位展开算法不能准确地恢复折叠相位,因而导致测量失败.针对这种问题,该文提出了基于掩模累计的时域相位展开算法.4.着重分析了光栅投射轮廓测量中的3-D坐标隐式标定,提出采用虚拟3-D相位靶实现三维空间坐标的标定:首先采用分段线性插值的方法,求得不同高度和相应高度的基准参考平面上展开相位之间的物相对应关系;然后从平均灰度图中恢复出特征点坐标,并由Least-Square多项式映射函数求得参考面内的横向坐标.5.由多个绕旋转轴旋转的非共面空间平面,通过最优化搜索获得旋转轴的方向矢量和轴上相关一点.6.建立了三维面形轮廓测量硬件系统,开发出集条纹投射、图像采集与处理等功能于一体的软件系统.