进入新世纪以来,随着我国工业生产能力的不断增强,在机械制造、航空航天等领域对非规则零件测量和加工精度的要求也在不断提高。因此三维测量技术迎来了蓬勃发展的时机。其中基于结构光的三维测量技术备受青睐,不断有市场化的产品被开发出来。然而现有的结构光三维测量系统开发使用成本高,体积大。而且在保证时间效率的同时如何提高相位展开精度和量程依然是制约测量系统发展的难题。针对这些问题,本文设计了一种基于线性光源的三维测量系统装置,并深入研究了基于单帧光栅图像的相位提取和相位展开技术,实现了一种低成本、较高精度、大量程、且满足同一视场下多目标测量的结构光三维测量系统。本文主要研究成果如下:1、针对传统基于面结构光三维测量系统体积庞大成本高昂的问题,本文使用基于线性光源装置代替传统结构光测量系统中的投影仪产生投影光栅,设计了可用于大范围深度测量的低成本、紧凑便携式三维测量装置。2、单帧光栅图像在相位提取过程容易受到不均匀背景分量的干扰,现有投影光栅背景分量去除方法在光栅图像背景分量不均匀时,存在去除效果差,影响重建精度的问题。针对该问题,本文通过实验发现复杂环境光下单个投影周期的背景分量变化均值小于1灰度,可作为常数处理;结合两次希尔伯特变换能有效去除信号直流分量且保持相位信息稳定的特性,提出一种自适应的分周期条纹背景滤除方法。该方法首先对投影光栅图进行峰值逐行提取,分割出逐个条纹周期;再对逐条纹周期分别进行两次希尔伯特变换,自动去除该周期内的背景分量,实现条纹背景分量的逐周期自适应去除。该方法能有效克服条纹投影图像背景分量不均匀的问题,实验结果表明,该方法相对于传统傅里叶轮廓术和经验模态分解方法可更好的消除投影光栅图非均匀背景分量的影响,能提高单帧光栅图像的测量精度。3、针对以往基于单帧图像的相位展开方法存在误差传播和测量深度有限的问题,提出了一种新的高精度大量程相位展开算法且能满足同一视场下多目标测量。该算法基于标准参考平面相位与被测目标包裹相位的几何约束,并且通过阈值分割和调制强度排序方法实现了不受深度限制的三维测量。实验表明,本课题提出的解相位算法与现有单帧相位展开算法相比,测量精度更高,能同时测量多个目标。并且测量深度不受几何约束限制,能精确测量有较大高度落差的目标。其模拟测量精度均方误差达到6.7?10^-3rad,单帧图像（有效区域750piexl?750piexl）的处理时间为0.1083秒,真实测量误差优于0.15mm。