线结构光三维测量技术通过逐行扫描工件，计算工件连续轮廓线三维坐标，最终拼接各轮廓线形成完整的三维形貌。为了研究扫描过程中图像连续帧之间的相似性关系，提出一种时间连续帧信息复用的条纹中心快速提取方法，进一步提升线激光光条中心线提取速度。首先，采用自适应光条分割重心提取算法对首帧激光条纹进行中心线坐标计算；然后，在时间连续帧中心线坐标信息的基础上，对当前帧光条图案进行快速光条粗定位；最后，对光条中心线进行亚像素精度计算。该方法根据时间连续帧图像的相似性，进行连续帧光条中心线坐标信息复用，减小重复计算，提高算法速度。实验结果表明，该方法可实现高达133 frame/s的中心线计算速度，大幅提高了结构光三维扫描速度，可应用于其他大型工件的三维重建。

散射成像是光学计算成像领域研究的前沿与热点。散斑自相关成像方法因其简单、快速、无损等特性而备受关注。散斑自相关成像的物理基础是光学记忆效应,数学基础是散斑自相关非相干成像模型,重建质量受散斑自相关的高质量提取与背景有效抑制的直接影响。光传输噪声、外界强背景干扰、探测噪声等的存在,会严重降低散斑自相关的对比度,使其精细结构淹没于背景及干扰噪声中,降低目标重建质量甚至无法实现成像。为增强散斑相关成像的适用性,提升强背景噪声干扰下的成像质量,提出一种背景扣除、双边滤波预处理结合多帧叠加平均的方法来提升目标重建质量,并进行了外场自然环境实验研究。实验结果表明,所提方法可对强背景干扰下的目标进行高质量重建。在此基础上,对于不同谱宽照明和不同距离处的目标,实验验证了方法的有效性,重建质量得到明显改善。研究对散射成像技术的非暗室应用及弱光成像相关应用有一定的借鉴意义。

利用基于条纹投影技术进行三维测量时，其相位提取精度直接决定着测量精度，而在实际测量中，由于待测物体存在一定反射率，因此相机拍摄到的结构光条纹在一些区域常会曝光过度，导致条纹相位产生高光误差，影响测量结果。本文分析了条纹投影技术中镜面反射光对相位提取精度的影响，提出了一种基于高动态范围图像（High Dynamic Range Image, HDRI）技术的高光误差补偿方法，可在不增加系统复杂度的前提下补偿高光误差，并针对金属工件表面三维形貌进行了测量实验验证，结果表明，在未消除高光误差时，测量高度整体向上平移 15 mm，且在高光区域存在额外 0～20 mm不等的测量误差，在使用 HDRI技术后有效补偿了高光区域的相位误差，提高了金属工件三维测量的准确度。

相位测量偏折术中的相位误差主要分为CCD相机的随机误差以及由结构光照明光源与CCD相机的非线性响应导致的非线性误差。从影响相位误差的根源分析,建立了条纹质量与相位误差、相机镜头光圈数、编码条纹的周期、调制度等因素的分析模型,并对该模型的可靠性与正确性进行仿真与实验验证。理论分析、仿真与实验结果表明:获取条纹的对比度与相机镜头光圈数、编码条纹的周期和调制度成正比,获取条纹的正弦性与相机镜头光圈数、编码条纹的周期及调制度成反比。根据该条纹质量分析模型优化系统参数,可以获得高质量的条纹。该条纹质量分析模型同样适用于面结构光三维测量等其他技术。

条纹反射技术中的多义性误差将直接影响测量结果的精度, 现有的多义性误差消除方法会大大增加系统复杂程度, 且只能补偿部分的误差。推导了条纹反射系统不含多义性误差的准确相位-梯度解析模型, 对该模型仿真分析得出: 当系统设置满足进入相机的光线与参考平面和显示屏都成90°夹角条件时, 系统多义性误差近乎为0的结论, 基于此, 提出一种基于同轴光路系统结构, 实验证明了所提出的同轴光路系统结构在物体表面高度从0增加至3 mm时多义性误差始终近乎为0, 普通系统结构的多义性误差随着物体表面高度从0增加到3 mm时, 多义性相位误差从0增加至15 rad, 实验证明使用提出的同轴系统可以大大抑制条纹反射技术中的多义性误差。