提出一种基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统,采用一个激光投影仪投影大幅条纹,多相机分布式采集的方法扩展视觉三维测量系统的测量范围。标定过程首先使用小型平面靶标标定基准相机二维图像坐标和相位值到三维世界坐标的映射关系,之后在相邻相机部分视场(FOV)重合的前提下,利用柔性靶标定位标定相邻相机图像坐标的转换关系,最后将各个相机的图像坐标全部转化到基准相机的图像坐标系下完成图像拼接,由基准相机图像坐标到世界坐标的映射完成全局三维测量。实验结果表明,使用图像拼接方法的测量精度略低于相机单视场测量的精度,但精度损失较小,满足工业在线测量的要求。该方法避免使用昂贵的辅助测量仪器和加工高精度大型靶标,为多相机视觉测量提供了成本低、使用方便的解决方案。

提出一种基于神经网络的系统标定方法.通过射影变换及误差补偿方法, 建立摄像机图像平面与投影仪图像平面的映射关系, 利用该映射关系和标定点的摄像机图像坐标, 计算得到相应的投影仪图像坐标；建立三层结构的神经网络, 该网络以两个图像坐标为输入, 对应的世界坐标为输出, 训练样本由得到的标定点的两个图像坐标及其世界坐标组成, 采用BP算法训练该网络；训练过程即为神经网络逼近系统模型的过程, 训练完成时, 系统完成标定.实验表明, 与传统的结构光标定方法对比, 本文提出的方法简化了建模复杂度和标定过程, 提高了标定精度, 并具有普遍适应性.

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统模型，新模型不要求测量系统满足光心连线平行于参考面、成像系统光轴垂直于参考面以及两光轴相交于参考面上等约束条件，只需投射至参考平面的正弦光栅条纹之间相互平行，简化了系统校准过程，有利于现场测量。得到的高度相位映射关系式中，待标定的系数与像点的坐标无关，不需要对每一个像点进行采样，能够减少系统标定所需的时间。实验表明：所提方法使投影装置和成像系统的位置校准过程简单，提高了系统标定的速度，且具有较高的测量精度，能够测量复杂面形的物体，增强了光栅投影三维测量系统的实用性。

相移法测量三维轮廓具有原理简单、计算速度快等优点。然而此法至少需要采集3幅以上干涉图像，且在实际操作中由于很难产生绝对的相移量而给测量带来误差。应用虚条纹相移算法只需要采集一幅图像便可恢复出物体的三维轮廓，其基本手段是先获得原始图像的基频值f0，根据此频率通过计算机生成具有π/2相位差的两虚条纹图像cos(2πf0x)和sin(2πf0x)。然后分别与原始图像进行混叠，将混叠后得到的图像进行低通滤波，再结合相移算法恢复出原始物体的三维轮廓。此法既保持了相移法本身的优点又解决了其需要采集多幅图像以及无法实现绝对相移的问题。另外低通滤波本身的去噪特性给在非陡变物体测量中高频噪声的去除带来方便。

研究了利用投影栅线法测量光滑鼠标的三维轮廓。对传统的傅里叶变换轮廓术提出了一点改进，在傅里叶变换之后，不对频谱部分频移，而是直接滤出需要的高、低频部分，再分别进行傅里叶逆变换，就可以得到与高度有关的相位差。该方法与传统的方法相比，减少了3次频移的过程，大大减少了计算量，也提高了滤波的精度。实验结果表明：只需要0.1 s就可以完成测量过程，测量精度达到0.2 mm, 可以成功实现光滑物体的三维轮廓测量。

共焦显微技术越来越广泛地应用于微机电系统和半导体器件的三维轮廓测量。设计一种新型采用变焦透镜作为轴向扫描方式的共焦显微系统,利用变焦透镜的焦距变化来代替传统的轴向位移扫描。系统实现了无机械运动的轴向扫描，消除了传统共焦系统中由位移台移动带来的振动，不仅减小了系统的复杂度，而且降低了成本。进一步设计了基于位移台和变焦透镜的两种共焦检测系统，并且对其进行了仿真实验。实验结果表明：基于位移台和基于变焦透镜的共焦系统的聚焦成像和离焦成像结果类似，并且光强的轴向分布曲线也基本相同，表明此方法可行。

提出一种基于特征面片的复杂型面轮廓三维视觉测量方法。该方法包括多模式局部特征检测与匹配、特征面片集初始化、膨胀、滤波等重构过程，其输入是已标定的立体图像，输出是覆盖表面的可视稠密面片集。该方法不需要目标和场景的任何初始边界信息，能够自动检测和抛弃外部点和缺失部分；不需要对邻域特征进行任何平滑处理，仅需通过局部单演特征一致约束、立体极线约束和表面可视性约束来高效地匹配、膨胀和滤波稀疏表面点集，并生成密集表面点集。采用多项式曲面提取算法重建三维几何网格模型，采用子采样法将彩色、纹理等特征融合进三维几何网格，重建高保真的三维实体形貌。

在摄像机标定过程中，提取标定模板图像特征点的精度是影响摄像机内外参数标定精度的重要因素。本文根据条纹投影三维轮廓测量实验系统的要求制作了点阵列标定模板，在图像处理边缘理论的基础上，以圆的解析特性为依据，采用坐标转换思想，引进圆系描述点、圆对应关系，运用统计学理论，提出提取点阵列标定模板图像特征点的新方法，并通过实验验证了该方法的正确性和可行性。为下一步的摄像机内外参数求解做了铺垫。

本文提出一种新型的近似无衍射栅型结构光的概念与实现方法。该结构光具有焦深长、线宽细、在一定范围内光场分布稳定、光场光强不变等特点。文中采用精密三角截面棱镜组成的光学系统生成近似无衍射栅型线结构光，用惠更斯-菲涅尔原理及基尔霍夫衍射理论对该系统进行了理论分析和计算，并在无衍射范围内对近似无衍射栅型结构光的光场分布进行了数值仿真。文中对系统进行了实验对比及验证，结果表明，实验数据与理论计算及仿真结果基本一致。应用文中的系统参数，获得了条纹宽度为18 μm，焦深范围为570 cm 的近似无衍射栅型结构光，其条纹宽度及光场强度分布不随距离而变化。与传统的光源相比，近似无衍射栅型结构光在三维轮廓测量等应用中具有分辨率高、精度高等优势。