利用空间光调制器可编程的特性，模拟周期、相位调制深度可调的数字正交相位光栅。在分析正交相位光栅结构的基础上，推导了其透过函数、远场衍射光场和衍射效率的计算方法，讨论了光栅周期T与相位调制深度?对正交相位光栅衍射特性的影响。仿真和实验结果表明：在0~π的相位变化范围内，零级光相对光强随着相位深度的增大而逐渐降低，8个1级光光强逐渐增强；当?=π时，零级光相对光强达到最小值0.25，此时一级光衍射效率最高为56.96%；在π~2π的相位变化范围内，零级光相对光强随着相位深度的增大而逐渐增强，而8个1级光光强逐渐减弱。该研究为正交相位光栅的应用提供了理论依据。

提出一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法。该方法基于推导出的物体三维傅里叶频谱抽样统一模型及其误差分析,设置角度参数,从正交扫描投影图中模拟获得特定角度圆形扫描下的投影图频谱采样圆,并按“θ角(扫描视角)小者优先”准则确定重叠位置的频谱采样信息,从而提高正交投影图频谱利用效率;从理想采样点与其取整点在频谱信息一致性、空间邻近程度的相互关系出发,设置理想采样点所在频域格网点权重值,并以之为基础自适应选取频谱信息一致性较高的格网点作为实际采样点,从而在投影图频谱充分采样和背景噪声引入之间取得平衡,以获得最优的物体三维傅里叶频谱。针对虚拟三维模型的正交扫描多视投影计算全息实验结果表明,所提方法可明显改善所生成的全息图再现像视觉质量,其再现像信噪比不仅在相同投影图数量下显著优于传统正交、圆形扫描方法,并且在冗余采样条件下,投影图数量减少为原来的1/2时,所提方法所生成的全息图再现像信噪比也优于传统正交、圆形扫描方法,因此所提方法具有较高的应用价值。

为了验证薄膜振动模式的有效性, 采用正弦条纹投影和傅里叶条纹分析的方法进行薄膜振动模式分析和振幅重建, 并进行了理论分析和实验研究。在基于结构光的主动3维传感技术中, 傅里叶变换轮廓术具有单帧获取、高分辨率、全场可实时测量等优势, 成为可测量动态3维面形的一种实用方法。正弦光栅条纹被投影到振动中的薄膜表面, 采用低帧频的CCD相机采集由薄膜振动导致条纹局部模糊的一系列变形条纹图。通过傅里叶变换轮廓术方法进行处理, 最终得到不同频率下实际测量的薄膜振动模式结果。给出了理论计算结果与实测结果的验证比较。结果表明, 该方法测量的振动模式结果准确反映了薄膜振动情况。3维面形测量结果和实验验证了该方法的可行性。

提出了一种基于集成成像生成三维(3D)物体计算全息图的方法。利用微透镜阵列获取微图像阵列，通过像素提取获得正交投影子图像阵列，根据3D中心切片理论，将各正交投影子图像的二维(2D)傅里叶频谱放入相对应的3D傅里叶空间中，提取其相交的部分并叠加，可以获得3D物体在透镜后焦面的频谱信息分布。计算出在一定传播距离处的菲涅耳衍射分布，用全息编码方法生成菲涅耳计算全息图。进行模拟再现，给出在不同再现距离上获得的再现像，验证了该方法的可行性。该方法能够在非相干光照明的情况下采用3D傅里叶频谱制作真实3D物体的全息图，它减小了系统的复杂程度，在算法实现上更加简单。

提出了一种新的基于三角网格结构的计算全息快速算法，此算法利用几何中的仿射变换原理，用解析表达式表示出三角网格的二维傅里叶频谱信息，不需要对物体中的每一个三角网格进行傅里叶变换，从而大大减少了计算量，提高了运算效率。实验结果证明，此算法简洁、快速，且能够取得较好的全息重建像，是一种提高计算全息运算速度的有效方法。

结构光投影和条纹时间平均分析技术已被用于振动模式分析中,但由于投影单色正弦条纹时振动薄膜变形条纹傅里叶谱中零频涵盖范围较大,会限制滤波窗的选取范围,从而影响模式的最终重建结果。为提高振动模式重建的准确性,提出了一种利用π相移正弦条纹投影进行薄膜振动模式分析和振幅重建的方法,通过处理两个通道的条纹分量达到消除零频的目的。给出了该方法的理论分析,完成了相应的计算机模拟,分析了影响测量精度的因素。通过与投影单色正弦条纹的振动模式重建结果对比,表明该方法有较高的重建精度。不同激励频率下的实际薄膜振动实验结果也证明了该方法正确可行。

为了提高计算全息的运算效率, 提出了一种新的计算全息快速获得不同形式再现像的算法, 此算法只需对实验物体的傅里叶频谱进行一系列坐标变换, 便能够实现对再现像的上下翻转、旋转、切变等操作, 从而大大简少了计算量, 并进行了实验验证。结果表明, 这种新的算法是切实可行的。

在傅里叶变换轮廓术频域滤波过程中通常采用不对称的汉宁窗滤波窗来提取基频信号,当投影呈二维变化的光栅条纹时,采用的滤波窗长短轴方向和载频方向不吻合,会导致被测物体的部分高频信息丢失,从而影响相位展开的难易程度和系统测量的精度。分析比较物体高度的分布与频谱的关系,通过旋转滤波窗使其短轴方向与载频方向一致,可以保留物体的高频信息,降低相位展开的复杂度,提高测量的精确度。计算机模拟和实物实验结果表明滤波窗旋转滤波可以避免相位展开在物体高度突变处的出错,有效地提高测量精度。

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正，使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法，利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值，再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换，实现投影条纹输入值的提前校正，以获取具有良好正弦性的结构条纹，从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图，而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。