在应用旋转台与相机组成的旋转视觉测量系统时，为了方便后续的数据拼接，标定出相机光心与旋转轴之间的距离至关重要。提出了一种基于双目视觉原理的相机光心与转轴距离的标定方法，建立了相应的数学模型并推导出了解析表达式。利用转台带动已知内参数的相机旋转一次，拍摄两幅标靶图片，即可利用标靶图像上特征点对的物理图像坐标、对应的空间距离、旋转角和相机内参数，计算出相机光心与旋转轴之间的距离。计算机模拟和实验验证了所提方法的可行性。计算结果可用于旋转视觉测量系统的相机光心与转轴的对位，对位精度可达到0.16 mm。

建立相机镜头主点随旋转装置转动的运动轨迹模型,提出基于2D平面摄像机标定原理的相机镜头主点与转台中心之间距离的测量方法。利用标定得到的相机与设定的世界坐标系之间的平移矩阵来确定相机镜头主点与转台中心的位置关系,用于指导相机的安装。实验验证所提模型和标定方法的可行性。相机镜头的主点过转轴中心时,转台带动相机转动引起的平移矩阵的变化量的标准差为0.0826 mm,这表明所提方法能够用于指导旋转测量系统的安装。

为了兼顾调制度测量轮廓术的测量速度与测量精度,提出了一种新的基于相移与调制度比的调制度测量轮廓术方法。使用一个由柱面镜和普通投影镜头组成的特殊投影系统,将竖直与水平两组相移正弦光栅依次投射在测量区域,柱面镜使两种光栅条纹的“像面”分离,两“像面”之间构成测量区域。利用相移算法得到两组正弦条纹在测量区域的调制度分布,并建立两种条纹的调制度比与实际物理位置的映射关系。测量时,将待测物体放置于测量区域,并根据物体表面两种条纹的调制度比与物理位置的映射关系,即可重建物体的三维面形。通过对实物的测量实验验证了所提方法的可行性。

提出了一种基于高度信息的自由曲面可编辑投影显示技术。利用基于条纹投影的平面标定技术,建立了测量范围内的相位-高度映射表;采用高精度相移技术和三频时间相位展开方法,获得了自由曲面的水平和垂直相位分布信息;利用反向条纹投影技术建立了投影仪像素与相机像素间的几何及强度传递关系。利用该显示技术可在曲面上投影基于其高度信息的预期编码图像,实现高度信息的可编辑投影和三维显示。给出了在自由曲面上投影等高线和伪彩色编码、冰川雪线变化的动态过程及仿真实体添加等实例。

为提高反向条纹生成的速度和精度，提出了一种基于Delaunay三角剖分的反向条纹生成方法。利用投影机坐标系与相机坐标系之间的正向映射关系，将相机坐标系上的相位点组成相位散乱点集合，并进行Delaunay三角剖分。将投影机坐标系上的相位点作为插值点，找出插值点所对应的Delaunay三角形并进行插值计算，插值后即得到预期反向条纹的垂直和水平方向的相位值，利用这些相位值可进一步生成反向条纹。计算机模拟实验和实物仿真实验表明，所提方法在反向条纹生成的速度和精度上均有改进，具有较高的应用价值。

基于调制度分析的光学垂直测量技术利用投影和成像共轴，可以有效地解决复杂物体和台阶状物体测量时所存在的遮挡、阴影等问题。该方法不需要截断相位计算和相位展开过程，只需解算条纹的调制度分布就能得到被测物体的三维面形，已成为广泛应用的光学三维检测方法。针对基于傅里叶变换方法的垂直扫描测量技术存在的问题，利用小波变换的局部和多分辨率特性，将小波分析技术用于调制度测量轮廓术中，提高了每个扫描位置获取单帧条纹的调制度测量的精度。推导了调制度和小波系数之间的关系，计算机模拟和实验均验证了方法的有效性。

传统的调制度测量轮廓术在进行系统的标定时，需要将标准平面多次精密移动，以建立调制度与实际物理高度的映射关系，同时还要对摄像机进行单独的标定。提出一种新的用于调制度测量轮廓术系统的高度映射与相机同时标定的方法。该方法用一个含有多个台阶的标定模块代替传统的调制度测量轮廓术标定方法中使用的标准平面及复杂的平移定位系统，多个高度相同但空间离散分布的台阶构成多个虚拟校准平面，虚拟平面上的调制度分布是通过一个拟合过程实现的，同时多个台阶的中心点还可以作为立体靶标用于相机标定。这种标定方法的特点是：只需要一次扫描测量过程就可以完成系统的标定，包括建立调制度与高度的映射关系和对相机的标定。阐述了该标定方法的原理，并给出实验结果说明了该标定方法的有效性。

为了提升多投影显示系统的亮度融合速度，提出了一种基于结构光条纹调制度测量的多投影显示融合方法。该方法利用相机拍摄投影机投影在显示墙上的结构光条纹，计算出每个投影通道的调制度信息。同时，利用结构光条纹的相位信息构建投影机与相机间的亚像素级映射关系，并由此得出投影机上每个像素点在显示墙上的调制度数据。将该调制度数据与边缘融合结果相结合可得出每个投影通道的亚像素级融合模板。该方法具有操作简便、测量速度快、测量结果不受环境光干扰等优点，应用领域非常广泛。理论分析和真实场景实验都证明该方法的有效性和可行性。

基于三角法的结构光三维测量技术具有较高的精度，但投影光轴和观察光轴之间的夹角在测量过程中可能产生遮挡和阴影，需要通过两次或多次不同方向的测量和拼接解决。与三角测量不同，基于调制度测量的三维面形测量方法采用了垂直测量原理，将投影光轴和观察光轴重合，从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制。对一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法进行了研究，分析了这种类型的结构光扫描条纹的特点，基于这种特点介绍了几种同步扫描的调制度测量轮廓术提取调制度及三维重建算法，比较了几种算法的特点，实验表明采用适当的三维面形重建算法，可以在垂直测量的模式下实现115 mm深度测量范围，对被测面积为120 mm×120 mm 检验平面测量，标准差可达0.19 mm。

采用傅里叶变换轮廓术(FTP)进行三维面形测量时，变形条纹图零频分量的扩展对FTP 的测量范围和精度存在影响。消除变形条纹图的零频分量后，FTP 的测量范围可以提高3 倍。根据希尔伯特(Hilbert)变换具有90°相移和使直流分量为零的性质，提出通过两次分段Hilbert 变换抑制条纹零频分量的新方法。由于条纹背景分布是一个慢变函数，每半个周期内的局部背景分布可以看做常数，所以两次分段Hilbert 变换可以很好抑制条纹中零频分量对基频分量的影响，有利于减小测量误差。给出的理论分析、计算机模拟以及实验证明了所提方法的有效性。