光学三维测量方法是计算机视觉领域的重要研究方向之一,目前已在工业,医学,安防等领域得到了较为广泛的应用。光学三维测量方法主要可分为主动式三维测量方法和被动式三维测量方法两大类。主动式方法一般具有较高的测量精度,但需要投影设备多次投影,测量时间较长,难以实现实时测量;相比而言,被动式方法的测量精度一般较低,但测量时间短,一般可用于主动式方法不能适用的场景进行实时测量。本文将基于主动式方法中的结构光技术和被动式方法中的光场成像技术展开研究,结合两者优点将单次测量所需的投影图案数量降至一幅,设计一套高精度的实时三维测量系统。本文的核心工作在于如何设计一套结合结构光技术和光场成像技术的三维测量系统,工作内容包括四个部分:三维测量系统的原型设计,三维测量系统的参数标定算法设计,三维测量系统的测量算法设计,三维测量系统的现存问题分析及改进方案设计。每部分的主要工作具体如下:(1)本文结合结构光技术和光场成像技术,设计了能够实现高精度和实时三维测量的原型系统。光场相机相比于传统结构光技术中所用的普通相机,能够以四维光场的形式记录被测场景的深度信息,并提供额外的几何约束,可以大大减少三维测量算法所需的投影图案数目,进而实现高精度的实时三维测量。(2)本文设计了新的光场相机标定算法,并结合现有的投影仪标定算法,实现了高精度的系统参数标定。现有的光场相机参数标定算法依赖于其各自的成像模型,标定精度不高且所获得的标定参数没有实际物理含义,因而本文设计了新的光场相机标定算法。该算法首先以小孔成像模型为基础,对主镜头进行标定,获得部分光场相机参数;而后根据标定特征点的三维空间坐标与四维光场坐标的关系,解析获取全部光场相机参数;最后对所获得的全部光场相机参数进行非线性优化,提高标定精度。(3)本文设计了新的三维测量算法,将单次三维测量所需的投影图案数目降低至一幅。本文首先提出了基于差分滤波器的傅里叶变换轮廓术,较好地解决了传统傅里叶变换轮廓术中的背景图像去除问题,获得了精确的周期相位;而后提出了相位方差计算法对辐照度方差计算法进行改进,解决了光场相机主镜头渐晕导致的三维测量误差,由一幅光场图像即获得了较为准确的三维坐标;最后则基于周期相位设计了三维坐标校正方案,得到了高精度的三维测量结果。(4)本文对所设计的三维测量系统进行了分析,针对其现存的问题进行了改进,主要包括提高周期相位计算精度和投影仪畸变校正两方面。针对周期相位计算误差,分别采用了窗口傅里叶变换轮廓术和修正的傅里叶变换轮廓术进行实验,并对其计算精度和适用场景进行了分析比较;针对投影仪畸变,在所设计的三维测量系统中又增加了一台普通相机,并相应地改进了所设计的系统参数标定算法和三维测量算法,较好地校正了投影仪畸变。