条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时，受环境光照及投影条纹反射的影响，存在相机所采集图像像素过饱和，进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题，本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异，提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光，利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象，抑制表面高光的形成，从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明，与多重曝光方法相比，利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建，有效降低了投影图像的数量，提高了测量效率。

基于条纹投影的光学三维测量方法被广泛应用于医疗诊断、工业检测等各行各业中。计算莫尔轮廓术因具有高精度, 实时测量能力, 且对物体表面反射率不敏感等优点在条纹投影测量轮廓术中占有重要地位。近些年来, 许多基于计算莫尔轮廓术的衍生方法被提出, 它们不仅实现了测量精度、测量速度的进一步提高, 同时也在增强测量不同物体的适应能力。概述了计算莫尔轮廓术基本理论及其衍生方法, 并分析了它们的特点, 明确了计算莫尔轮廓术的发展动态。

针对人脸测量时的抖动现象，设计了一种循环反向编码方法。该方法无需专门投影反向二值条纹辅助边缘点定位，减少了投影图案的数量。用循环的三帧条纹图像代替原本利用正反两帧条纹图像定位的方式，提高边缘点检测精度的同时能够有效消除定位偏差。实验表明，所提方法能够有效提高测量速度，同时保持较高的测量精度，减少点云中的运动波纹。

相位测量偏折术（PMD）面形检测中常使用液晶显示屏（LCD）作为投影设备。由于LCD的多层透明结构会对条纹投影光路产生折射而导致投影条纹位置偏离，继而影响最终检测精度，因此需要对这种误差进行点对点的校正。本文将LCD的多层透明结构简化建模为一个整体的等效透明层，建立相应的PMD模型进行透明层的误差分析和补偿。将补偿算法应用到PMD中测量标准平面镜及球面镜，与未进行补偿的情况相比，测量面形均方根误差（RMS）均减少了20%~40%。该补偿方法能显著减小单屏PMD中由LCD透明层折射效应带来的误差，补偿后的面形RMS有显著减小，检测结果更接近于实际面形误差。

现代工业零部件的加工已经实现了无需二维标注图纸，由计算机辅助设计3D模型直接输入数控系统加工。加工工艺的进步给工件测量和质量评价方法带来了新挑战，通过获取零部件的高精度稠密三维点云的“靠模”质量评价方法得到了重视，特别是对于结构复杂的零部件。然而，高精度复杂结构的零部件三维测量遇到两个难题：1）金属零部件加工后表面光洁度很高，主动投射的条纹光束会引起金属表面的强烈反光致盲或者复杂结构引起的投射光多次反光混叠；2）复合材料的半透明会引起投射光的次表面散射。这些因素都会导致测量失效。现有结构光主动视觉三维重构技术无法解决上述难题。针对复杂型面免喷涂三维重构问题，建立基于单像素成像方法的复杂光照分离模型，实现直接光与复杂光照分离。为了解决单像素成像方法效率低、速度慢、难以满足工业现场测量需求的问题，提出一种基于局部区域延拓的并行单像素成像方法。实验结果表明，并行单像素成像方法能够很好地实现工业测量现场多次反光与次表面散射光干扰条件下的三维重构。

提出一种数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术。为了满足动态测量的需要, 利用数字投影仪的最大化刷新帧率和最高条纹频率设计, 将二元编码条纹代替传统的8 bit数值正弦条纹使投影仪刷新率由传统60 Hz提高到数千Hz以上。通过编码满足抽样定理的最小周期二元条纹, 利用数字投影仪的最优投影帧率性能, 即可以在数字投影仪上实现投影条纹的最小等效波长, 也可以实现计算莫尔条纹的优化提纯, 进而从源头上有效提高计算莫尔轮廓术(CGMP)的测量精度。通过与傅里叶变换轮廓术(FTP)和高精度计算莫尔轮廓术(HCGMP)的对比实验验证了该方法的可行性和有效性, 表明所提方法具有较高的测量精度, 通过在线运动“心型”物体的测量表明所提方法可以满足在线和动态三维测量需要。

条纹投影轮廓术在测量高反光物体时表面会出现过度曝光的现象, 致使对应区域的相位数据缺失。提出一种高反光物体直线运动的三维测量方法。仅向高反光物体投影一帧固定光栅, 随着物体在投影区域直线运动, 采集两帧高反光区域不重合位置的变形条纹图像。随后, 通过所提的具有单帧特性的计算莫尔轮廓术分别从这两帧变形条纹图像中进行物体在这两个位置的初步三维重建。最后, 通过像素匹配、点云配准与融合获得物体完整三维重建。该方法在不增加额外设备的条件下, 只用一帧光栅, 实现了比传统单目自适应条纹投影算法更高的精度, 提高了测量的实用性。实验结果证明该方法的可行性和有效性。

A dual-frequency digital Moiré measurement method (DFDM) is proposed for the three-dimensional (3D) shape measurement of an object. The high- and low-frequency fringes are modulated separately along orthogonal direction using different carrier frequencies before being projected onto the measured object. After collecting and demodulating the composite fringe, the digital π phase shift is used to remove the DC component of the demodulated fringes, resulting in high-precision Moiré fringes for calculating the wrapped phase. The unwrapping of the high-frequency wrapped phase is guided by the low-frequency phase to further realistically reconstruct the surface of the measured object. When compared with existing single-shot digital Moiré profilometry, DFDM effectively removes the DC component of the fringe and calculates the phase more accurately.A dual-frequency digital Moiré measurement method (DFDM) is proposed for the three-dimensional (3D) shape measurement of an object. The high- and low-frequency fringes are modulated separately along orthogonal direction using different carrier frequencies before being projected onto the measured object. After collecting and demodulating the composite fringe, the digital π phase shift is used to remove the DC component of the demodulated fringes, resulting in high-precision Moiré fringes for calculating the wrapped phase. The unwrapping of the high-frequency wrapped phase is guided by the low-frequency phase to further realistically reconstruct the surface of the measured object. When compared with existing single-shot digital Moiré profilometry, DFDM effectively removes the DC component of the fringe and calculates the phase more accurately.