三维面形测量技术能够在计算机中完成三维实体模型的重构,建立真实三维世界和虚拟数字世界之间的联系,作为数字化三维显示、实物仿形和三维打印的基础,并广泛应用于工业检测、质量控制、机器人视觉、逆向工程、生物医学、影视娱乐、商品展示、数字博物馆(文物数字化)等领域。光学三维测量融合了光电子学、数字图像处理处理、计算机控制、机械等技术,把光学图像作为检测和传递信息的手段或载体加以利用,最终从图像中提取有用的信号,具有量程大、非接触、速度快、精度较高、系统柔性好等优点,具有很好的应用前景。本文的研究内容属于条纹投影轮廓技术,条纹投影轮廓技术分为两类：一类是由信息光学发展而来的基于相位到高度映射的方法,另一类是由计算机视觉发展来的基于相机模型的方法,在该类方法中相位主要起到立体匹配的作用。本文属于第一种方法,即基于相位到高度映射的方法,本文对数字莫尔条纹三维面形测量技术的全过程进行比较全面的分析和初步的实验验证,包括数字莫尔条纹的合成、相移莫尔条纹的产生、相位信息提取、相位展开及系统校准(标定)等。本文主要研究成果如下：(1)提出了基于条纹加减和带通滤波的数字莫尔条纹合成方法。在介绍莫尔条纹的概念和产生原理基础上,通过数学推导和频谱分析方法,对相乘和加减运算得到的莫尔条纹的频谱结构进行了分析,提出了基于加减运算和带通滤波提取莫尔条纹的方法,并进行了实验验证。该方法能够获得信噪比高、强度分布为标准余弦的莫尔条纹,为利用莫尔条纹进行三维面形测量提供了良好的基础。(2)提出了采用单幅变形条纹图产生数字相移莫尔条纹的方法。基于所拍摄的单幅变形条纹,采用数字图像处理技术从中截取投射在参考面上的非变形条纹,通过傅里叶变换和频谱滤波产生相移参考条纹,或者拍摄一幅参考条纹,后期利用图像处理的方法产生相移参考条纹；再根据(1)提出的方法产生数字相移莫尔条纹；得到数字相移莫尔条纹后,就可以采用相移算法分析提取相位信息,再通过相位展开,进而得到待测物体的三维面形信息。该方法的优点是：只需要拍摄一幅变形条纹图；采用图像后期处理方式实现莫尔相移,无需相移装置且相移量精确,相位提取精度较高；可以用于动态物体测量。(3)提出了改进的傅里叶变换相位展开三维测量方法。在频域提取基频之后,不需要将其移到频谱中心。通过对数或者反正切的方式直接得到叠加了参考面上参考条纹相位的物体面形相位分布,在相位展开后再减去参考面的绝对相位分布获得物体相位分布,能够获得较好的相位展开结果。相位展开和系统校准是光学三维面形测量技术的两个关键技术。相位展开的精度受变形条纹产生方法、相位提取方法、图像噪声、物体面形及照明情况等多种因素影响,系统校准与测量原理、系统结构模型及结构参数等因素有关。本文仅根据已有方法对条纹投影轮廓术中的相位展开方法和系统校准(标定)方法进行了简单的分析讨论,还需要结合实际应用进行大量工作。