随着科学技术的发展,三维面形测量技术广泛应用于三维传感、目标检测、产品检测、质量控制、工业监控、生物医学工程、文物修复等领域。常用的三维面形测量系统为结构光照明系统,具有实验系统配置简单、非接触、测量精度高、速度快、成本低等优点。但在测量过程中,可能会存在阴影、相位截断、空间不连续等问题。光流一直是计算机视觉领域的主要活动,在跟踪、立体匹配、物体分类、刚体运动和弹性运动、流体传播和驾驶员辅助等领域有广泛的应用。条纹光流是组成条纹的像素点在像面内的平面运动,用于变形测量,能够高精度测量离面位移和物体的三维位移场。因此我们提出了与传统三维面形测量方法完全不同的面形测量技术,主要是通过光流计算物体调制引起的条纹变形,进而得到物体的面形分布。本文的研究内容主要如下:1.提出基于条纹光流的物体面形测量方法。介绍了光流场计算的原理和条纹光流法测量物体三维面形的原理。从光流的视角分析了物体调制前后两幅投影条纹的变化,建立了平行光投影条件下光流与被测面形相位及高度分布之间的理论关系。通过规则条纹和不规则条纹测量物体面形的模拟和实验,验证了所提出的条纹光流法测量物体面形的可行性和准确性,并且条纹光流法测量物体面形时对所投影的条纹图像没有严格要求,即通过投影不规则条纹图像也可以测量出物体面形。通过建立了阶梯状面形模型,模拟分析了条纹光流法测量物体面形高度的分辨力;结合对键盘的高度测量,验证了条纹光流法测量表面变化迅速的物体面形高度的可行性。并且通过噪声实验,说明所提出的条纹光流法测量物体面形时对实验中的噪声具有较高的鲁棒性。2.提出了基于光流的空间视线坐标法测量物体面形。通过投影光线与视线(观测光线)的交点坐标,结合光流法直接计算得出被测物体三维面形高度分布。介绍了该方法的原理,给出了测量系统中的各参数的校准方法,建立了在点光源投影条件下投影光线与视线交点坐标、光流与被测物体面形高度之间的理论关系。通过模拟与实验验证了该方法能够准确恢复被测物体高度。3.将条纹光流法和光流空间视线坐标法分别与相移法和傅里叶轮廓术做了实验对比,实验中选用相同的被测物体和投影条纹,分别计算得到物体面形分布,并进行横截面数据对比。通过条纹光流法与相移法的对比实验,说明条纹光流法测量物体面形相位的准确度较高,并且相对于相移法,条纹光流法对物体空洞区域边缘引入的噪声有较强的鲁棒性。通过光流空间视线坐标法与傅里叶轮廓术对比实验可以看出,测量物体高度时光流空间视线法的准确度较高。