条纹投影轮廓术在测量高反光物体时表面会出现过度曝光的现象, 致使对应区域的相位数据缺失。提出一种高反光物体直线运动的三维测量方法。仅向高反光物体投影一帧固定光栅, 随着物体在投影区域直线运动, 采集两帧高反光区域不重合位置的变形条纹图像。随后, 通过所提的具有单帧特性的计算莫尔轮廓术分别从这两帧变形条纹图像中进行物体在这两个位置的初步三维重建。最后, 通过像素匹配、点云配准与融合获得物体完整三维重建。该方法在不增加额外设备的条件下, 只用一帧光栅, 实现了比传统单目自适应条纹投影算法更高的精度, 提高了测量的实用性。实验结果证明该方法的可行性和有效性。

数字图像相关法的亚像素匹配误差与散斑图像和形函数有关，对于无迭代运算的梯度法和曲线拟合法等，形函数很难适应不同散斑图像的亚像素分布规律，为使形函数能够匹配不同的散斑图像，提出了一种基于参数化形函数的亚像素匹配方法。研究了参数化形函数中的指数变量和背景变量等参数对亚像素匹配误差的调节规律。研究结果表明，对于不同散斑图像，均可以通过对形函数参数的标定得到与散斑图像匹配的最优形函数。以散斑直径为2~20 pixel的高斯散斑图像为例，分别在x方向生成位移为0.1~0.9 pixel的10幅图像，对所提匹配方法进行了验证。验证结果表明，标定后的形函数能使不同散斑图像的亚像素匹配误差减小到0.001 pixel以内。最后，对DIC Challenge提供的实际位移散斑图像进行了验证，同样也证明了所提匹配方法的有效性。

基于在线三维(3D)测量中被测物体与高频条纹的相对位置关系,提出了一种改进的双频在线3D测量方法,通过控制被测物体运动时的采集点,使各帧像素匹配后变形条纹图中的高频条纹光强分布完全一致。直接利用满周期等相移算法进行相位计算,从而避开滤波过程,提升3D重构精度。高频条纹光强分量被设计为远小于低频条纹光强分量,可将其看成是微弱的背景光,进一步减小高频条纹对相位计算的干扰。仿真与实验结果表明:相比其他方法,所提方法可有效提升重构精度。

针对流水线上在线运动的刚性物体,投影复合光栅可以解决像素匹配和相位展开对条纹频率不同需求的矛盾,但在相位计算时,需对复合光栅进行滤波,该过程会降低重构精度。基于Stoilov算法,提出一种无需滤波的复合光栅投影的在线三维测量方法,设计复合条纹使低频条纹相移方向与被测物体的运动方向平行,像素匹配后被测物体的运动被转化为低频条纹的相移;高频条纹相移方向与被测物体运动方向垂直,像素匹配后各帧变形条纹图中高频条纹的光强分布完全一致,可直接进行相位计算,避开了因滤波造成的精度损失。同时在复合光栅中高频条纹的强度远低于低频条纹,故可将其看作微弱的背景光,保证了在线三维测量的精度。通过仿真与实验验证了该方法的有效性。

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点，实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上，使投影光栅线垂直运动方向，当物体每移动相同的距离，由CCD采集到相应的变形条纹图，从中提出对应的背景光场，借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配，即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图，从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性，并与在线FTP方法进行了比较，所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一，均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.

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。

提出一种基于二维经验模态分解(2D EMD)的像素匹配方法，并结合五步非等步算法应用于在线三维面形测量中。将一正弦条纹投影到在线匀速运动的待测物体上，物体运动产生等效相移，在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图。采用2D EMD方法对变形条纹图进行分解，可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像，通过大津法对其进行二值化处理，并截取可靠性较高的区域作为像素匹配模板进行像素匹配，使各帧条纹图中物点一一对应并计算出相应的等效相移量。再利用五步非等步相移算法解相可得到截断相位，采用相位展开算法得到连续相位，利用相位高度映射公式可恢复出被测物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性。

为了简化采用满周期等相移算法的在线相位测量轮廓术（PMP）在实际测量过程中系统装调环节的繁杂程度，同时避免栅线方向和运动方向不严格平行引入附加相移降低解相精度，提出了基于最小二乘法迭代的在线三维检测方法。在测量过程中，任意栅线方向的正弦光栅被投影于物体表面，采用像素匹配技术获得不同时刻拍摄到的变形条纹图的等效相移条纹图，其相移量由投影系统和物体位移共同决定且为任意值。最后，采用最小二乘法迭代计算相位。实验结果表明：在不断改变投影到参考面上光栅栅线方向的情况下，该系统的测量结果稳定，均方根误差均不高于0.169 9 mm。由于该方法放宽了测量系统空间位置的约束条件，提高了测量的灵活程度，使在线PMP更具普适性。