像素匹配是在线三维测量中的关键技术之一, 提出了基于归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上, 由CCD再依次移动相同步距时刻同步采集受物体调制的变形条纹图。利用FTP方法预测物体不同位置的相位信息并进行归一化, 再以二值化等相面协助像素匹配, 不仅实现了物体在各帧条纹图中的像素坐标一一对应, 而且归一化减少了由于物体运动产生的不同位置相位展开起始点不一致导致的不同位置相位展开的差异性而引入的误差, 同时节省了像素匹配计算量。对最大高度为8 mm的peaks函数型物体的模拟结果表明: 均方差为0.021 mm, 像素匹配时间上, 该方法较直接用FTP方法预测得到的相位为模板进行像素匹配缩短了近2倍, 同是实物测量也验证了该方法的有效性和可行性。所提方法不仅可以保证在线三维测量的精度, 而且有效地提高了测量速度。

物体的运动使变形条纹图中物体像素点不对应，因此需要对物体做像素匹配。提出了一种基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上，CCD同步采集相同步距时刻受物体调制的变形条纹图。采用傅里叶变换轮廓术(FTP)方法对采集的变形条纹预测物体不同位置的相位信息，并以该相位信息的特征做像素匹配，实现了物体在各帧条纹图中的像素一一对应，同时匹配后的变形条纹产生等效的等步相移，进而采用等步长相移算法来重构在线运动物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性和可行性。同时，与在线FTP方法进行比较，在线FTP方法和本文方法的均方根误差分别为1.013 mm和0.024 mm，表明该方法对在线三维测量具有较高的测量精度。

针对傅里叶变换轮廓术在实际测量中容易受到光学成像系统和计算方法的影响而使得测量结果不精确的现象, 提出基于最小二乘法的条纹图像预处理技术, 并讨论了滤波器的设计、相位展开的方法及系统标定模型对测量结果的影响。实验表明, 改进后的方法其测量误差在2%以内。

介绍了傅氏轮廓术的基本原理，通过仿真与调相频谱分析，提出了一种新的自适应基频带通滤波器算法。利用此算法设计出了基频带通滤波器并用于傅氏轮廓术的位相提取。结果表明，相对于非自适应性的滤波器，使用本文设计的滤波器其三维面型测量精度可以提高5％，并且具有稳定的重复测量精度，在不受主观因素的影响下实现了实时三维面形重建。以螺纹钢面型为例进行了位相提取实验，实验中计算了面型测量精度，并与理论仿真精度进行比对与分析，得出的实验结果与理论仿真结果相一致，验证了该算法的有效性。

传统傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率条纹测量时存在着由于待测物体高度变化剧烈导致的相位展开困难。结合数字点阵和正弦条纹投影的复合编码三维数字成像方法能有效解决相位模糊和误差传播的问题,但在实际测量中需要分别采集点阵图像和正弦条纹图像,影响了测量的实时性。提出一种新型彩色复合光栅测量方法,实现了从一帧图像中分别得到点阵图像和正弦条纹图像,并以点阵图像为依据对正弦条纹图的截断相位进行展开。理论分析和实验结果表明,该方法适合于不连续物体的三维测量,同时抑制误差传播能力强,具有较高的测量效率。

提出了一种无需标记的物体在线三维面形测量方法。将一固定的正弦条纹投影到待测运动物体上，借助物体运动产生等效的相移变形条纹。基于傅里叶变换轮廓术的调制度对各帧变形条纹计算，提取其具有某一特定分布的特征区域，采用相关度最大法，检测各帧变形条纹对应的调制度特征区域的位移量来检测出物体的移动，从而实现像素匹配，得到一组像素坐标完全一一对应的等效相移变形条纹图。利用Stoilov相移算法得到物体的截断相位，利用位相展开算法展开位相，通过位相和高度映射即可实现在线移动物体的面形测量。通过计算机仿真验证了该方法的可行性。

基于傅里叶变换轮廓术,提出一种直接从变形光栅条纹中提取基准光栅条纹信息并重建基准光栅的测量方法。分析了基准光栅条纹和参考平面的功能,揭示变形光栅条纹和基准光栅条纹的关系[应用窗口傅里叶变换对变形光栅条纹中的各个微小区域进行频谱分析,从中识别并提取基准光栅的频率和相位信息[重构出一幅完整的基准光栅条纹,实现三维物体形貌测量。实验结果表明该方法是可行的,为三维形貌测量提供一种新手段。

对非共面以及非平行度下的傅里叶变换轮廓术(FTP)物体三维形貌的测量系统进行了分析,采用两个参考平面辅助分析系统光路结构,引入了一个能使双光轴共面的等效虚拟投影出瞳中心。基于光线跟踪原理给出了相位与高度的映射关系,给出了满足平等度的系统参数特性并借助于摄像机坐标系同时获取校准平面的高度以及相应的相位数据,实现了高度和横向坐标的简易校准。实验结果表明了该方法的有效性与可行性。

针对去噪和非线性效应中滤波的特点,分析了去噪和非线性效应的基本原理,给出了矩形滤波、汉宁滤波和门限滤波的方法及其优缺点,比较了这三种滤波方法对傅里叶变换轮廓术(FTP)测量准确度的影响.计算机仿真表明:对于线性系统中的去噪处理,选用门限滤波效果最佳;对于非线性效应中滤波,选用矩形滤波与汉宁滤波效果较佳.实验中主要表现为非线性效应.结果表明:用矩形滤波,物体面形恢复的最好,用门限滤波,物体面形恢复的最差.计算机仿真和实验结果都表明:矩形滤波与汉宁滤波相比较,用矩形滤波效果更佳.

提出一种适用于更普遍情况的计算方法,推导了投影装置与成像装置双瞳不等高且双轴不共面时的条纹获取公式,推导出新的相位获取公式以及相位高度映射公式,使得系统可以在双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时进行正确的三维测量。与传统的傅里叶变换轮廓术(FTP)相比,该算法实验系统的搭建更容易,投影装置和成像装置的摆放位置可以随意移动以方便全场条纹的获取; 与改进的傅里叶变换轮廓术(IFTP)相比,只需要对系统测量三个长度量,系统参量的获取更容易和准确,从而误差变小,测量结果更加接近真实。