光学三维测量技术以现代光学为基础,集光电子学、图像图形计算处理、计算机控制等技术于一体,是科学、工程技术飞速发展所催生出的现代非接触式测量方法之一。由于其精度高,且速度快,在工业产品检测、医疗检查、空间遥感等诸多领域都具有广泛的应用前景。基于光栅投影的三维测量技术主要有傅立叶变换轮廓术,相移轮廓术等。傅里叶变换轮廓术只需采集一帧目标变形光栅图就能恢复出目标物体三维面形信息,该方法测量速度快,但精度不高。而相移轮廓术则根据算法的不同需要拍摄N帧精确相移的光栅图像,算法中不涉及傅里叶变换、滤波等复杂的数学运算,精度高。但是由于需要多帧光栅图像进行相位的计算,其测量速度有待提高。为保证测量精度,同时又能够适于快速动态测量,本文重点研究基于彩色复合光栅的相移轮廓术。文中阐述了相移轮廓术的基本原理,搭建了基于彩色复合光栅投影的相移轮廓术的测量系统,针对系统的非线性等因素对测量精度的影响,进行了基础性的研究,提出了两种基于传递函数的改善彩色光栅正弦性的方法。研究的主要内容如下：1.分析、讨论了相移轮廓术的基本原理,简述了光栅图像质量对相移轮廓术精度的影响,以及相关的校正方法。2.使用彩色CCD相机和彩色投影仪搭建了三维测量系统。基于三步相移技术,将三帧相移图预先固定在投影仪的红、绿、蓝三个通道中,形成彩色复合光栅,彩色投影仪投影彩色光栅,彩色CCD接收光栅图像,送入计算机进行处理。3.针对实际采集到的彩色光栅图样各颜色通道灰度分布不均匀、正弦性不好等问题,研究了光栅投影质量对测量误差的影响；将传递函数的概念引入到彩色复合光栅的校正中来,提出了两种基于传递函数的方法来校正彩色投影光栅。4.讨论了测量系统的标定原理,进行了高度方向的标定,对人脸面具进行了三维恢复。相关实验结果显示,本文提出的光栅校正方法能够有效地改善该系统拍摄得到的光栅图像质量,进而提升了系统的测量精度,而且方法简单,速度快。而采用彩色复合光栅投影的相移轮廓术只需采集一帧图像,也大大提升了测量速度。因此,改进后的PMP在轮对、钢轨等表面形貌的高速、在线测量方面有着广泛的应用前景。