三维成像与传感技术是获取真实三维世界信息的重要方式,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。随着人工智能和大数据的发展,物体三维形貌数据的获取与应用得到越来越高的关注,也促进了三维测量技术的蓬勃发展。三维形貌测量的应用范围广泛,如:人脸识别、目标检测、VR(虚拟现实技术)及产品检验等方向,这也对三维测量提出了更高的要求。结构光三维测量技术是常用的光学三维测量技术,通常使用正弦条纹编码,测量精度可以达到几十分之一到几百分之一个等效波长,帧率能达到几十kHz。由投影仪产生的正弦条纹实际上是通过多个像素点不同的亮度来实现的,而像素点是有一定尺寸限度的,因此被投射的显示器上条纹图案的周期不可能太小,对于需要探测小面积区域的情况反而不合适。而数字投影仪自身的响应时间在微秒量级,低于高速相机的帧率。本文提出了一种新型结构光投影方式,对投影原理进行了理论分析,设计了一种正弦条纹场投射模块。该模块具有结构小巧、控制简单等优点,而且背光源使用LED芯片,响应时间在纳秒量级,理论上可以做到高速测量。论文主要研究内容如下:1、结构光编码方法分析比较;分析了几种常用的结构光编码方式,比较了各个方法的优劣,介绍了基于正弦相位编码的傅里叶变换轮廓术和相移轮廓术的基本原理,在相移轮廓术测量速度和测量精度之间折中选择了四步相移法作为论文研究方法。2、结构光投影方式分析比较;简要介绍了结构光投影方式的发展,分析了目前常用的几种基于二进制图案散焦形成正弦条纹的技术。由于只使用了2级灰度,测量速度得到提高,但这些散焦方式受制于投影仪镜头且程度不好控制。3、基于二进制正弦图案的投影条纹研究;提出了一种基于二进制正弦图案来产生正弦条纹图案的方法,与传统方法比较,该方法不需要进行散焦。由于采用了底片方式,正弦图案的尺寸可以更小、更精细,而且具有二进制图案的优点,切换速度快,可以用于高速测量。通过仿真分析了光扩展方向和散焦对形成正弦条纹的影响,设计了正弦条纹场投射模块并搭建了三维测量系统对该方法进行了实验验证。