三维面形测量技术在光学测量中起着重要作用。与接触式测量技术相比,三维面形测量技术可以通过分析条纹图样,获得物体信息,实现非接触式测量复杂物体面形,并恢复物体的形态特征。随着科学技术的发展,各个领域的相关研究人员对测量方面的需求在不断增长,三维面形测量技术成为高精度获得物体三维面形分布的主要途径之一,测量对象通常包括静态物体和动态物体,测量系统采用结构光照明,一般由一个投影单元和一个或者多个摄像机组成,具有非接触、全场测量、高精度、低成本等优点,主要应用在人脸识别检测、工业农业生产、军事通信以及生物工程等领域。在实际的测量过程中,对于操作过程以及实验精度有一定要求。光流在计算机视觉方面应用广泛,是物体在二维图像平面上的三维空间中运动的投影,是获得相邻帧图像序列上物体运动信息的媒介,普遍应用于产品检验、物体追踪、刚体和弹性运动、立体匹配等方面。像素点运动引起的光流,能够用来高精度地测量物体高度,还原物体形貌。因此,本文提出了不同于传统面形测量技术的方法,主要通过光流计算条纹变形,从而得到高度分布。研究内容如下:1.介绍了传统三维面形测量的主要方法,包括:相移测量技术和傅里叶变换测量技术。首先,介绍了它们各自的技术原理和优缺点;然后,阐述了光流场计算原理以及不同约束条件下的几种微分算法。2.提出了基于L-K局域光流的空间视线坐标法面形测量新技术。从光流的角度研究了受到物体高度调制后两幅投影条纹图样的变化。利用L-K局域光流算法运算得出条纹变形前后产生的光流,根据光流与物体高度间的理论关系,直接计算得到被测物体的三维面形分布。本模块给出了测量原理,设计了实验光路,得出了在平行光投影条件下投影光线与观测光线的交点坐标。模拟验证分为三个部分进行:第一步,利用平行条纹模拟球冠,说明了基于L-K局域光流的空间视线坐标法可以实现面形测量,是可行的;第二步,利用平行条纹模拟梯形物体,说明了该方法对于不同测量对象都有较高分辨力;第三步,利用不规则条纹模拟球冠,说明了该方法对于投影到物体表面的条纹图样没有过高要求。最后,又通过实验验证了基于L-K局域光流的空间视线坐标法可以较高精度地测量出物体三维面形分布,并且与傅里叶变换轮廓术做出了对比,证明了该方法的可行性。3.提出了基于H-S全局光流的摄像机纵向运动面形测量新技术。同样从光流视角分析了由于摄像机纵向移动导致的投影条纹图样的变化。利用H-S全局光流算法运算出条纹变形前后所产生的光流,通过建立光流与物体高度间的数学关系,直接计算得到被测物体的三维面形分布。给出了该方法的测量原理,设计了实验系统,并进行了仿真和实验验证。