针对动态孤立场景三维形貌测量难题,提出了时域傅里叶条纹分析方法,充分利用被测动态场景对多周期相移投影条纹在时间域上的调制,对携带被测面形变化信息的系列变形条纹沿时间轴作傅里叶条纹分析,提取相位进行对应的三维重建,有效保留了复杂场景的空间高频信息。为了保证相位信息准确可靠,设计了三频条纹复合的圆盘光栅,经电机带动进行旋转投影,在被测场景表面产生多周期相移条纹。该方法不在空域进行滤波操作,三频条纹解算出对应相位信息后进行时间相位展开,适用于孤立物体的测量。拍摄记录的每一帧条纹图像均能对应重建一个三维结果,适用于动态场景测量。搭建系统完成了验证实验,结果证实了本研究提出方法和系统的可行性。

提出了一种新型单帧彩色复合光栅投影的实时三维测量方法。采用三帧具有π2的相移正弦条纹分别编码到红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个颜色通道中，组合成单帧彩色复合光栅，当该彩色复合光栅投影到待测物体上，仅需获取单帧彩色变形条纹并从中分离出相应的具有π2相移的三帧单色相移变形条纹，由于不同颜色通道之间存在颜色串扰以及色度不均衡问题，采用最小二乘法对分离出的三帧单色相移变形条纹直流项进行背景一致性校正，从而获得三帧校正后的单色相移变形条纹，运用所建立的三维重构物理模型，即可恢复物体的三维形貌。实验验证了该方法的可行性和实用性。进一步的实验表明，该方法的测量精度优于传统单帧彩色PMP。因为所提方法仅需一帧彩色复合光栅即可恢复物体的三维形貌，在实时三维测量中具有很好的应用前景。

采用复合光栅相位测量轮廓术进行三维测量时,从变形复合条纹中能有效地解调出相移变形条纹,此时滤波窗口的选择至关重要。通过分析噪声特征及其对频谱成分不同取向影响的差异性,寻找空间频谱在两个正交方向上的最佳滤波窗口,建立了一种提高测量精度的混合滤波窗口。数字模拟表明,所设计的混合窗口对噪声的抑制均优于矩形、三角形、布莱克曼和汉宁等滤波窗。已知高度平面的测量结果表明,采用均衡噪声和频谱泄漏的混合窗口的重构误差最小,其误差均方根比汉宁滤波窗口减小了9.64%,测量精度得到有效改善。实物测量实验验证了所提方法的可行性和有效性。

提出一种基于复合光栅的对准方法，满足接近式光刻高精度、大范围对准需要。该复合光栅由周期具有微小差异的小周期光栅以及与之相正交的大周期小范围光栅组成。对准过程中，通过对叠栅条纹进行高精度相位解析，实现精对准；通过直接求取大周期光栅位置实现粗对准。由于两个方向上的光栅相互正交，傅里叶变换提取频谱时将不受影响。分别分析小周期光栅的叠栅条纹相位分布，以及大周期光栅的强度分布，实现大范围、高精度对准。推导了基片、掩模相对移动量与复合光栅变化之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声的基础上，对准精度可以达到16.5 nm；通过实验系统对该对准方法进行了验证与分析，对准精度可以达到30.19 nm。

同时利用两个振源,在液体表面上产生两列低频表面波,实现了多振源条件下表面声光效应,观察到清晰、稳定、反衬度高的声光衍射条纹.当引起两列表面波的两个振源频率具有倍数关系时,声光衍射条纹的极大值位置与较小频率的振源单独存在时所产生表面波的极大值位置相同,与较大频率的振源单独存在时所产生表面波的极大值位置部分相同.当引起两列表面波的两个振源频率不具备倍数关系时,不仅观察到单振源的衍射条纹,而且也观察到了双振源的干涉条纹.理论上得到多振源衍射光场和表面波波长、振幅之间的解析表达式,理论规律与实验结果吻合较好.

提出一种基于背景光调制的用于傅里叶变换轮廓术测量范围的复合光栅，该光栅通过调制一正弦条纹和不含任何相位信息的背景光来抑制零频，较基于π相移技术的复合光栅有更大的优势：背景光只含直流分量，使得复合光栅的频谱更加简单，有利于滤出载波信息，提高测量精度；对从复合光栅中解调出来的背景光只涉及平均值校准，校准过程更为简单；解调出的背景光与物体表面的反射率成正比，具有潜在的应用价值。采用Matlab程序对该复合光栅进行了数值模拟，并对该光栅实用性进行了实验研究，结果证实了该光栅用于抑制零频、扩大傅里叶变换轮廓术测量范围的有效性，且提高了测量精度。

提出一种基于“2+1”相移算法的正交复合光栅投影三维测量方法。用2帧相移量相差为π/2的正弦光栅加1帧背景光代替传统正交复合光栅相位测量轮廓术(OCGPMP)中3帧等相移正弦光栅，并将受背景项调制的载波频谱放在受2帧正弦相移光栅调制的载波频谱中间，由于背景项只有直流分量对载波的调制，与相邻调制载波交流调制成分不会发生频谱混叠，从而拓展了两相移光栅的载波频谱宽度，有效减少了频谱混叠，降低了相位测量误差。计算机仿真和实验结果表明，该方法将测量精度提高到传统OCGPMP的1.74倍。

提出了一种采用组合滤波窗提高复合光栅实时三维测量精度的新方法，通过对复合光栅相位测量轮廓术(PMP)原理的分析，发现当从采集的变形复合光栅中解调相移变形条纹时，解调精度与滤波窗的选择有关。通过对几种常见滤波窗函数的分析和比较，设计了一种将汉宁窗和矩形窗相结合的新型滤波窗。由于组合窗的滤波精度与物体频谱分布情况（面型情况）有关，在复合光栅三维实时测量中，对频谱成分适中的Peaks函数物体进行数字模拟，得到测量该类物体所需的组合窗口优化参数分布图，用得到的理论数据指导处理频谱成分适中的实物实验，有效提高了复合光栅实时三维测量精度。数字模拟和实验均证实了该方法的有效性和适用性。