由于基于相移结构光的三维测量技术具有高精度、非接触式、以及大视场等特点,在工业制造、逆向工程等领域展现出极大的应用前景。本文主要围绕数字光栅投影的结构光三维测量方法展开研究,其中对三维测量系统中的结构光编码、相机与投影仪的标定以及Gamma误差校正等关键技术进行深入研究。研究内容主要包括以下几个方面:(1)被测物包裹相位的获取和相位展开。基于数字光栅三维测量系统的组成和工作原理建立数学模型,论证了高度—相位之间的映射关系,深入分析了格雷码结合相移与多频外差原理的解相方法。利用格雷码结合相移法作为相位展开方法进行了相应的实验分析研究,实验结果表明其具有空间分辨率高、鲁棒性好的特点。根据实验结果显示的相移步数与测量精度之间的关系,综合考虑计算精度和计算量的利弊平衡,在实践应用中采用16步相移法进行获取包裹相位和格雷码结合相移法进行相位展开,具有计算精度高和可操作性强的优点。(2)基于数字光栅三维测量系统中相机与投影仪的标定。根据数字光栅三维测量系统中相机与投影仪的标定原理,分析了相机的成像模型以及相机镜头存在的畸变问题。基于张正友标定法原理,我们论证了一种将相机与投影仪同时标定的方法,利用改进的标定程序完成了标定实验,实验结果表明该标定方法具有较高的精度。(3)Gamma非线性效应引起的相位误差校正。分析了数字光栅三维测量系统的主要误差来源,重点对三维测量系统中由Gamma非线性效应引起的相位误差进行理论分析,推导了Gamma系数和高阶相位误差分量之间的关系,论证了一种简易预标定系统Gamma值的方法。最后进行实验分析,Gamma校正前后的相位误差范围缩小了约50%。(4)三维测量系统实验的搭建和分析。根据选型硬件搭建了一套结构光三维测量系统实验平台,编写了配套的软件程序,软件集成采集、标定和三维重建功能,提供了较好的人机交互界面,可对三维重建后结果进行多方位观察。实验实现了对被测物(标准球和玩具石膏像)的三维重建,实验结果表明系统的测量误差约为0.26mm,能够较好还原被测物表面的三维形貌。