相位测量轮廓术是目前使用最为广泛的一种光学三维轮廓测量技术,具有测量速度快、易自动化、柔性好和全场测量的特点,在工业检测、质量控制、逆向工程、生物医学、虚拟现实、文物保护、人体测量等众多领域中具有广泛的应用。近十年来,相位测量轮廓术不断向着高精度,高稳定性,高速度的方向发展。本文主要研究相位测量轮廓术中与提高系统测量精度相关的关键算法,构建三维轮廓测量系统。主要研究内容如下：(1)相位计算是相位测量轮廓术的基础研究内容之一,由光栅图像计算得到的相位值可以较轻易的确定摄像机和投影仪之间对应点匹配关系。本文详细介绍了相移法原理以及两种相位展开算法,在分析比较各算法优缺点基础之上,选取稳定性较强的多频外差方法作为相位展开算法,并利用极线约束提高对应点匹配运算的精度。实验结果表明多频外差方法能够对表面不连续物体以及具有复杂表面反射率、纹理的物体进行有效的相位展开,基于极线约束的对应点匹配计算可以重建得到高精度的物体表面轮廓三维坐标。(2)在光学三维轮廓测量中,投影仪gamma线性引起的光栅非正弦化以及环境光是相位误差的主要来源。本文分析了光栅非正弦化的过程以及相位误差产生的原因,提出了一个考虑环境光参数的相位误差数学模型,并分别阐述了黑暗环境条件下和有环境光条件下的相位误差补偿方法。理论分析与实验结果表明,不同环境光情况下,测量得到的相位误差幅度也会发生变化。本文提出的相位误差补偿方法可以有效地消除相位误差。(3)系统标定算法是光学三维轮廓测量技术的关键算法之一。本文介绍了摄像机参数标定的主要方法,系统分析了摄像机的小孔成像模型以及其内外部参数的意义。本文利用投影仪DMD图像,将投影仪参数转化为摄像机参数进行标定,并采用双目立体视觉标定方法优化内部参数以及标定外部参数。实验结果表明,此标定方法可以获得较高的参数标定精度以及系统测量精度,测量精度达到0.1mm。(4)在基于立体视觉原理的三维测量系统中,相机、投影仪和物体的位置可以任意摆放。这使得光栅投影方向与系统基线方向产生了一定的角度,对系统敏感度会产生一定的影响。本文分别基于三角测量原理与立体视觉原理理论分析了光栅角度与系统敏感度之间的关系,提出了可以使得系统敏感度最高的光栅角度的计算方法。仿真与实际测量表明,存在一个光栅角度,使投影光栅的相位变化方向与相机-投影仪基线平行,此时系统敏感度最高。本文基于双相机-投影仪系统模型研发了一套高精度、高分辨率的三维轮廓测量系统,实现了对静止物体、人体手部、脚部以及脸部和人体眼角区域的三维轮廓重建。重建结果显示本文研发的系统可以适用于不同大小区域的高精度快速测量,在工业制造、服装行业、整形外科等多个领域具有良好的应用前景。