高速实时三维面型测量对于动态过程（如弹道飞行、高速旋转、瞬时形变）的分析研究具有重要的科学意义以及广阔的应用前景。数字光栅投影技术作为一种基于光信息处理的新型三维轮廓测量手段，具有非接触、视场大、测量精度高等优点，目前被广泛应用于工业检测、生物科学、逆向工程、影视娱乐、文物保护等领域。由于传统数字光栅投影技术对被测面型要求严格，测量对象必须保持静止，因而难以满足动态过程中运动面型的检测需求。为此本文从数字光栅投影技术的测量效率、测量准确度以及测量对象三个方面系统地研究了若干关键技术以实现高速实时三维面型测量。　　本文主要工作包括如下几个内容:　　(1)针对基于单帧光栅投影的傅里叶轮廓术，提出了基于主成分分析方法的载频相位去除技术。通过分析载频相位的空间分布以及构成包裹相位的若干主成分，发现频谱平移后剩余的非线性载频成分能与包裹相位的第一主成分准确吻合。通过对该主成分进行提取与拟合，可将剩余载频相位全部去除。其优势在于载频去除全过程可自动进行，不需要任何人为干预，从重构方法上提升了测量的效率。　　(2)针对基于多帧光栅投影的相移轮廓术，通过提高投影仪的投影速度以实现测量效率的提升，提出了双频三灰阶正弦脉冲宽度调制法。较传统脉冲宽度调制技术相比，其优点在于可更好地抑制脉冲宽度调制条纹中存在的高次谐波，进而使得投影光栅更接近理想正弦。较传统正弦光栅投影技术相比，由于仅使用三个灰度级进行光栅编码，投影积分时间得以缩短，从投影机理上提升了光栅的生成与投影速度。实验表明利用该技术可实现每秒1250Hz的高速三维测量。　　(3)针对基于多帧光栅投影的相移轮廓术，通过减少三维重建所需光栅图像帧数以实现测量效率的提升，为此分别提出了两种新型数字光栅投影策略。首先研究了一种基于四幅光栅条纹投影的实时复杂面型三维测量法，通过投影预先编码的四幅光栅条纹，可获得两幅被测场景相位图。利用低精度连续相位图绝对展开高精度包裹相位图，最终转换为高精度三维模型。为验证该技术有效性，构建了一套低成本高速实时三维测量系统，其测量精度为0.59毫米，最快可实现360Hz的实时三维重建。在此基础上，为进一步减少使用的光栅图像数，提出了一种基于图形处理单元(GPU)辅助的双帧复合光栅实时三维测量技术。该技术在硬件上借助GPU多核心的优势可实现动态三维面型的快速恢复与建模。由于仅需两幅图案即可实现绝对相位获取，其测量效率较传统双频三步相移法提升三分之二。　　(4)针对动态过程三维测量中产生的无效点（测量误差较大的像素点），提出了运动物体三维重建中无效点的自动识别与排除算法，以提高动态过程三维重构的准确度。该方法通过逐步筛选具有异常相位信息、异常光强调制度、异常相位分布的像素，以及利用高斯滤波器辅助定位，可自动识别三维重建模型中包含的无效像素点并将其排除。实验表明利用该方法可为运动表面生成平滑无毛刺的三维点云数据。　　(5)针对相机镜头畸变带来的测量误差，提出了无畸变高速实时三维测量技术，以克服畸变对动态过程三维重构造成的负面影响。通过预先存储畸变矫正前后图像像素之间位置的对应关系，可实时地矫正拍摄的光栅条纹图。建立若干查找表，实现相位的快速获取、展开以及三维空间点的高效转换。实验表明利用该技术可实现每秒92.34帧的实时三维重建;以使用的相机镜头为例，面内测量准确度最高可提升一个数量级，离面测量准确度可提升三倍以上。　　(6)为拓展数字光栅投影技术的使用场景、扩大测量对象适用范围，首先针对静态对象测量提出了一套基于光栅条纹投影的高动态范围三维测量通用框架。该框架可处理具有不同反射率表面的复杂场景，如同时含有高动态范围的漫反射与镜面反射的场景。其次在此基础之上，提出了一种针对运动场景的高光面型快速三维测量技术。通过投影三步相移光栅与一幅散斑图案，结合双目视觉原理，高光区域误差相位可由另一个视角下不受高光干扰的正确相位予以补偿。此外，为保障测量效率引入了多视角几何原理，实现了不引入额外投影图像情况下的相位无歧义展开。