光栅投影是目前广泛使用的一种三维形貌重构技术,具有测量速度快、量程大、测量精度高和获取数据多等特点,在工业检测、质量控制、焊接机器人视觉、逆向工程、虚拟现实、文物数字化和人脸识别等众多领域有着广泛的应用前景。本文从基于相移法的光栅条纹三维轮廓重构的基本原理出发,深入研究了光栅解相法、相位展开法和系统标定等技术,并将该光栅投影技术应用在工件弧焊中,在LinuxCNC系统中实现了被测工件的弧焊仿真。本文的主要研究内容和工作包括如下几个方面:(1)对三维测量技术以及本文的主要研究内容进行了概述,分析和建立了光栅投影三维测量系统的数学模型,实现了相移法提取条纹图像的相位场。然后重点研究了相位展开算法,实现了基于离散余弦变换的最小二乘法空间相位展开算法,以及基于多频外差原理和拟合负指数的时间相位展开算法,并对实际物体进行了实验验证。(2)在摄像机标定方面,建立了摄像机模型,针对摄像机参数求解实现了介于传统标定和自标定之间的棋盘格标定法,基于张正友的摄像机标定原理,快速有效的求解出摄像机的内参数和畸变参数。在投影仪标定中,建立了投影仪模型,使用平面标定法和基于图像单应性矩阵法对投影仪进行了标定。选择Visual Studio 2013作为开发工具,利用微软基础类库MFC进行界面开发,再结合OpenCV图像处理库完成了系统标定软件的功能设计,最后通过标定实验得到了摄像机和投影仪的内外参数。(3)完成了整个系统的实验环境搭建。使用Matlab GUI界面设计开发了光栅投影三维轮廓重构系统,主要包括了光栅条纹生成模块、摄像机采集模块、图像预处理模块、相位主值解算模块、相位展开模块、系统标定模块、三维点云处理模块等功能,将系统硬件和软件算法结合,实现了实际物体的三维表面重构,最后根据平面测量结果对系统进行了精度分析。(4)提出了将光栅投影技术应用于工件弧焊中。对被测工件进行轮廓提取,得到其边缘轮廓坐标信息,将该坐标信息与三维重构中的高度信息进行结合,根据两者坐标信息生成G代码程序,然后将该G代码数据导入至LinuxCNC系统,最后在系统中实现了工件的弧焊仿真。