三维形貌测量在制造业、医学领域、国土安全、环境等领域起着越来越重要的作用。目前,静态三维形貌测量已不是技术难题,而高速动态三维形貌具有更广泛的应用前景,是现在的研究热点。三维形貌测量时投影的正弦光栅图大多是灰度图像。在进行动态高速三维形貌测量时,面临以下问题：(1)由于商用投影仪刷新频率的限制,256级灰度正弦光栅图投影速度较低,无法满足高速测量要求；(2)投影仪Gamma效应,会导致出现非线性误差；(3)动态测量时,很难做到投影仪和相机的严格同步。本文主要研究基于离焦二值投影的快速三维形貌测量方法。论文主要研究内容如下：1.对几种基于投影仪镜头离焦的二值条纹产生方法进行了研究和分析。二值条纹在一定离焦条件下,会近似成正弦条纹。与正弦条纹相比,离焦二值条纹只有0和1两种灰度值,不受投影仪Gamma效应影响,且投影速度极大提高。对方波条纹、脉冲宽度条纹和抖动二值条纹进行了仿真和实验验证,并对比分析了各自的优缺点。2.研究了基于正交正弦条纹的傅里叶轮廓技术。通过去除零频,将滤波窗口放大了一倍,提高了测量精度。对单帧正交正弦光栅方法进行了改进,引进两组彼此正交的四步相移图,可标定出单帧正交光栅两个方向的条纹周期,保证了π位移操作的准确性,提高了该方法的实用价值。3.提出了一种基于抖动二值条纹的多频外差去包裹算法。既利用了抖动二值条纹投影速度快、不受Gamma效应影响等优点,又结合多频外差解包裹算法的快速、全局性等优点,非常适应动态三维形貌测量。4.针对载波问题,提出了一种基于数字图像处理的自动去载波算法。利用受物体表面调制的变形条纹,通过数字图像处理,确定物体区域,并利用参考区域相位信息,经级数展开法重建全局参考面载波,消除载波,得到物体绝对相位。该方法无需人工干预,提高了自动化程度。