随着现代工业的发展以及人民生活水平的不断提高,传统的测量方式和测量信息已经不能满足实际的需求,因此针对复杂自由曲面的快速、高精度、多信息的全貌测量技术己成为一个重要的研究方向。特别是基于相位光栅的视觉测量技术因为其非接触、速度快、精度高、全视角等优点得到了更广泛地应用。本文对相位光栅测量技术进行了深入地分析,并自主设计和研发了一套便携式相位光栅轮廓全貌测量系统,并以该测量系统为实验平台,对涉及的关键技术进行了深入的研究。本文主要的研究内容和贡献如下：1.针对图像的特征识别、边缘提取和中心定位等关键技术进行了深入的研究,并提出了相应的解决方案。主要提出了一种利用多项式拟合的亚像素边缘精确定位算法；基于几何特性实现了圆形特征对象的稳健识别；根据调和共轭和配极对应等原理,又提出了一种新的高精度圆心定位算法；最后将本文算法和张正友的标定方法相结合实现全自动、高精度地摄像机标定,并通过实验验证了各算法的有效性和精度。2.立体匹配是三维重构的重要条件,本文提出了一种针对相位光栅的亚像素定位算法,实现高精度的立体匹配；在保证测量精度的前提下,尽可能地减少投射光栅的数目具有一定的意义,本文对影响相位计算精度的因素进行了分析,提出了将三步相移法和四步相移法结合的解决方案,充分地发挥了两者各自的优点。3.详细分析现有多视拼接技术的优缺点,最终选择适合本文测量系统的基于粘性标记点的拼接方法。针对标记点的匹配问题,本文基于三维重构深度差,提出了一种适应性更强的立体匹配算法。在此基础上,又根据距离不变性实现多视同名标记点的搜索,最终实现数据的初始拼接。通过实验发现仅利用粘性标记点的拼接精度不能满足高精度测量系统的要求,因此本文在初始拼接结果的基础上提出了一种多层次ICP精确配准算法,该方法利用初始拼接误差动态调整距离阈值,从而不断减小受非对应点的影响,最终完成优化拼接。实验结果表明,经优化处理后数据拼接精度约提高3倍。4.针对相位光栅测量数据的特点,本文实现了一种简单实用的点云法矢估算方法,通过实验证明了算法的正确性,且具有较高的执行效率,为用户的可视操作和后续算法的运算提供了可靠的辅助信息。5.数据融合是测量系统中必不可少的一个关键技术,考虑数据噪声和配准误差的影响,本文在已有算法的基础上提出了一种自适应邻域均值聚类融合算法,该算法主要包括检测重叠区域、计算初始中心点和聚类迭代等三个步骤。通过实验验证了算法的有效性和精度,实验结果表明该算法不仅能够从多视冗余数据中正确地获取单一型面数据,而且融合结果在细节保留方面更加突出。6.在相关理论和关键算法研究的基础上,本文搭建了相位光栅轮廓全貌测量系统的原型机,并给出了软件系统的整体架构方案。通过多组实验给出了原型系统在测量精度和测量速度等方面的性能指标,实验结论良好。