近年来,深度成像技术在临床医学、文物保护、工业生产等方面得到广泛应用。计算机技术的迅速发展,使得非接触式深度测量速度越来越快,精度和准度越来越高。本课题的工作是对基于结构光的深度成像系统的液体透镜变焦原理、光学设计和杂散光进行研究,在科研及实际生产过程中具有重要的实际意义,本文的主要研究内容包括以下几个章节:1、从整体上对深度成像技术的方式进行了简介和归类,对该技术的应用领域做出了介绍。结合相关深度成像产品,分析总结了深度成像技术在国内外的研究现状和进展,最后总体概述了本课题的研究内容和意义。2、基于液体透镜变焦的光学系统变焦原理的研究:研究了Optotune公司的液体透镜的变焦原理和相关参数,说明和分析了驱动方式,绘制了液体透镜驱动电流和透镜焦距的关系曲线;然后利用高斯公式分析和证明当只有一块变焦透镜时,光学系统的像面肯定会前后移动,实现变焦功能;计算了添加保护玻璃后的光学系统的主面;最后,完成了对液体透镜内部折射率的建模,为后续的光学设计和仿真做好准备。3、变焦结构光深度成像系统光学设计:设计变焦结构光成像系统,系统为小视场、小孔径、高分辨率光学系统,系统采用7片球面玻璃镜片和1片液体透镜结构;在40lp/mm时,全视场MTF优于0.2,系统场曲小于0.2,畸变小于0.2%;设计了光学系统的机械结构,并详细的说明了各个结构的功能;设计了柱面微透镜阵列的结构,柱面微透镜阵列材料为熔融石英,整体尺寸为10mm*10mm厚度为1mm,周期宽度为1mm。4、基于液体透镜的变焦结构光深度成像系统的杂散光研究:光学系统加工完成后,进行实验时,发现光学系统中存在明显的杂散光,需要对杂散光进行研究和消除;Zemax非序列模式中,相干和非相干光源成像效应对比分析及实验验证,选择准直LED光源作为光学系统的光源;使用CODE V对鬼像进行定性分析,找出可能造成鬼像的面,然后通过TracePro对最有可能产生的面定量分析;利用TracePro对杂散光的光线及消光孔径进行定量分析,当光阑通光口径为3mm时,即能有效抑制杂散光,又能保证图像对比度和照度的要求。5、对系统的实验:该系统能实现投影距离227mm-256mm调节,调焦过程中像面始终保持清晰,图像细节分辨率高,系统在整个变焦区域内,随着投影距离的增长,光学系统成像质量先上升后下降,光学系统的放大倍率增大,光学系统整体相对照度不均匀性小于0.2;对拍摄到的图像深度测量,误差分别为0.34mm、0.37mm,对全视场范围内进行深度测量,中心视场测量误差最小为0.1mm,全视场范围内,测量误差小于0.6mm。