格雷编码法以其鲁棒性和抗噪性被广泛应用于结构光投影的三维重建中。为了将格雷码应用到实时测量当中，使用多灰度格雷码以减少投影幅数，提高测量效率。然而在以彩色物体为对象进行三维测量的过程中，由于不同颜色部分的反射率存在差异，导致三维重建中的条纹顺序混乱，而多阶灰度也使色度导致的误差大大增加。为了适应彩色物体的三维实时测量，提高抗色彩干扰的特性，提出了一种基于 HSI 彩色空间的多级灰度码解调方法。采用 HSI 空间中的强度 I 代替 RGB 空间中的灰度进行多级灰度编码解码和条纹阶提取，同时也可以重构出物体表面的颜色纹理，而无需单独投影捕获额外的白光图。实验结果表明，该方法可以有效地纠正彩色物体由于色度引起的级次纠缠，减少级次误差。在彩色纹理物体的实时三维测量中具有广阔的应用前景。

为了从目标拍摄源上提高直线电机动子位置检测的精度和抗干扰性, 构造了一种非周期正弦条纹图像, 并引入一种基于梯度法的图像亚像素测量方法, 实现对动子位置的高精度测量。首先, 改变正弦条纹的条纹周期, 得到一系列非周期正弦条纹, 并生成非周期正弦条纹图像; 其次, 采用图像的Pnatt熵优选出具有强鲁棒性的非周期正弦条纹图像; 最后采用基于Barron算子的梯度法计算相邻目标图像的亚像素位移, 结合标定系统物像标定系数, 获得直线电机动子的实际位移。仿真和实验结果表明, 对比于非周期栅栏图像, 本文构造的非周期正弦条纹图像具有较强的鲁棒性, 且测量精度达到0.02 pixel。

为了研究湍流对水下成像系统的影响，搭建了一套光学成像实验系统，利用水泵和水槽制造流速可控的湍流实验区域，使用CCD对正弦条纹目标成像，并分析图像质量。通过对实验环境的控制，得到不同浑浊度和不同流速下的成像结果，并提取调制传递函数(MTF)对结果进行分析。结果表明，悬浮颗粒散射在整个空间频率上造成调制对比度下降；而湍流散射更容易造成高空间频率域的MTF下降；随着进水口处流速的增加以及水体衰减系数的增大，其MTF曲线加快衰减；在湍流环境下的成像，图像失真和分辨率下降由颗粒散射和湍流散射共同造成。

采用常规条纹投影与相位分析方法, 对动态物体, 尤其是空间存在孤立区域、分布不连续的动态物体进行3维面形测量时, 很难得到可靠的展开相位。为了解决这一问题, 提出一种用颜色编码正弦条纹光栅投影测量的新方法。该方法使用二级编码的颜色信息来标记待投影的正弦条纹, 从另一角度拍摄记录带有颜色信息的变形条纹图, 根据编码特征进行解码获取颜色级次来确定条纹级次,并指导截断相位的展开, 重建空间孤立动态物体的3维面形数据。结果表明, 该算法的编码稳定、解码方式可靠, 只需要拍摄1幅图就可以较好地重建空间孤立物体的3维面形。

采用离焦二值条纹投影技术进行三维面形测量可以克服数字投影仪的非线性响应，同时有利于提高投影速度，实现高速测量.通过理论分析和实验研究了采用数字投影仪时二值条纹的基频、高次谐波能量分布与条纹周期的关系.结合相移算法，以相位测量误差为指标，衡量各种二值条纹的性能.研究结果表明：在周期小时，罗奇光栅和二维误差扩散算法生成的二值条纹离焦后能产生正弦性较好的条纹；在采用满周期等间隔奇数次相移时，罗奇光栅离焦能获得更高的测量准确度；在周期大时，采用优化脉宽调制方法得到的二值光栅离焦测量准确度最高.研究结果为离焦条纹投影三维测量中二值光栅的选择提供了依据.

为提高摄像机的标定精度，必须研究高精度的特征点提取方法。针对三种比较典型的标定图样：棋盘格，二维正弦条纹和高斯点阵，分析比较了相应的提取特征点算法和用于摄像机内参数标定的精度，得出基于傅里叶相位分析法的二维正弦条纹的特征点提取精度最高。并针对傅里叶方法处理二维正弦条纹不能准确提取边缘特征点的缺陷，提出了使用相移法提取正交相位以代替傅里叶方法得出正交相位的新方法。这种方法可以消除傅里叶变换滤波对点阵边缘的模糊作用，扩大了二维正弦条纹在摄像机标定中的适用范围。摄像机外参数标定实验表明该方法在处理包含边缘点的点阵时，重投影误差保持在原有水平，证明了其有效性。

针对国内外现有薄膜反射镜面形检测方法存在动态测量不便，测量面形单一等问题，提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法。基于此方法搭建了测量平台，分析推导显示，该方法的测量不确定度<0.385 μm，该平台的测量不确定度<4.25 μm。在此平台上对标准球面镜进行了测量，验证了此平台的适用性。最后，对优化控制下的Ф300 mm静电拉伸薄膜反射镜的面形进行了多次测量，结果表明，中心矢高测量值与理论值基本一致，优化后最佳镜面面形RMS值为5 μm，PV值为39 μm,相对于优化前RMS值减少了34.17%，PV值减少了26.4%，显示所搭建的基于正弦条纹投影方法的测量平台满足了现阶段薄膜反射镜面形测量的需要；而提出的面形控制算法可控制薄膜反射镜得到所需面形，并有效地提高面形精度。

提出基于全局位姿评估的条纹反向视觉测量。利用带测头的摄像机拍摄二维正弦条纹，根据傅里叶分析提取的平面特征点全局评估摄像机位姿，进而测量测头的球心坐标。 摄像机的位姿评估是条纹反向视觉测量的关键技术，在测头标定和坐标测量中均需要进行位姿评估。位姿评估的误差函数包括重投影误差和物空间误差两类，两者在基于平面的位姿评估中均存在两个局部极小值，采用全局位姿评估算法可以避免误差函数陷入局部极小以高精度获取摄像机位姿，完成测头标定和坐标测量。实验结果表明，该方法可以高精度测量物体的三维坐标。

提出了一种对条纹对比度和背景光进行校准的正交复合光三维测量方法。从参考平面的复合光栅像中解调获得各帧相移正弦条纹, 通过频域滤波的方法获取条纹的零频和基频分量, 计算出各帧相移正弦条纹相对第一帧正弦条纹的对比度和背景光比例系数, 并以此系数对实物测量时解调出来的各帧变形条纹对比度和背景光进行校准, 建立了新的三维测量数学模型。实验证明该方法能降低传统正交复合光三维测量方法中的解相误差, 提高系统的测量精度。