为了使用高频条纹实现对物体三维形貌高精度快速测量, 提出了一种利用双频外差和时空相位展开实现三维测量的方法。该方法仅投影两套高频条纹图片, 利用双频外差方法计算出一个频率较低的截断相位分布, 经空间相位展开得到其对应的连续相位, 用于指导高频条纹截断相位展开, 获得三维重建需要的绝对相位分布。该方法对双频外差后的低频截断相位上进行空间相位展开, 降低了空间相位展开难度, 增加了双频条纹投影三维测量的适用范围。实验结果表明该方法的STD误差为0.06 mm。该方法利用两套高频正弦条纹、不增加投影第三个频率条纹图的情况下, 实现了高精度快速三维形貌测量。

Goldstein枝切法通过连接残差点生成枝切线以优化相位展开路径，枝切线的总长度越短，相位展开的结果越好。然而，该方法构造的枝切线无法确保总长度最短且容易闭合，造成部分区域相位未能正确展开，从而影响重构精度。因此，提出一种基于改进Goldstein枝切法的傅里叶变换轮廓术。通过构建加权二分图，将构造总长度最短的枝切线问题转化为最大权匹配问题。采用Kuhn-Munkres算法求解最大权匹配问题，得到最短的枝切线，提升重构精度。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

提出了一种N 元编码时间相位展开方法来实现彩色复杂物体的三维测量。传统的阶梯状条纹在测量整个表面反射率范围较大的物体时，条纹数量过多会导致量化困难。利用从相移条纹中提取的N元正弦码元替换传统的量化灰度码元，通过进制转换将N元正弦码元嵌入到所要投影的条纹中来实现条纹级次的编码。在解码时，先通过编码条纹与N步正弦相移条纹的差异逐点计算N元量化条纹，再根据对应的逆进制转换获取唯一的条纹级次，最后利用截断相位消除条纹级次边缘处的错位误差。实验结果表明，相比传统的时间相位展开方法，所提方法有效提高了编码效率，并在测量彩色复杂场景时表现出了较高的鲁棒性。

针对基于结构光投影的三维形貌测量，提出了一种基于颜色分割的双波长条纹投影修正算法。在波长选择的双条纹投影相位展开算法基础上增加了一张彩色条纹图，将条纹图按颜色划分为不同的条纹区域。在不同的条纹区域中通过查找表方式对相位图进行相位展开操作。实验结果表明，该算法具有测量范围广、计算量小、精度高以及速度快等优点，能有效解决所选波长较短时查找表重复的问题。

传统的2+1相移算法在抑制运动误差方面具有良好的性能。针对在展开传统2+1相移算法的截断相位时常有相位展开错误的问题, 提出了一种可同步结合时间相位展开的2+1相移算法。该算法中, 在传统2+1相移算法的基础上增加了一帧低频辅助正弦光栅条纹, 然后结合希尔伯特变换计算出该低频变形条纹的截断相位, 之后利用几何约束法对该截断相位进行相位展开, 最后利用上述的展开相位指导2+1算法中截断相位的展开。实验结果表明, 该算法能够成功地恢复出具有大尺寸深度和复杂面形物体的相位信息, 同时, 具有较高的测量精度和较快的测量速度。

三维人脸表情捕获在影视、游戏、医学、社交等领域有广泛的应用。为了实现无标记自由运动中的人脸表情三维信息高精度采集, 提出了基于人脸关键点检测与匹配的条纹投影三维人脸测量方法。首先, 采用三频外差法获取待测对象准静态三维信息作为参考模型, 并利用基于深度学习的人脸关键点检测算法从调制度图中得到初始关键点及对应的三维坐标。然后, 在动态测量过程中, 仅投影两幅或三幅具有相移的条纹。利用改进的傅里叶变换轮廓术或相位测量轮廓术获得变形条纹截断相位及调制度。在调制度图中检测人脸关键点并将其与初始关键点匹配得到其与参考模型中关键点坐标对应关系。计算该时刻人脸相对于参考模型的运动参数并进一步利用参考模型计算近似相位图。最终, 利用近似相位图展开截断相位并实现三维形貌的重建, 获得该时刻人脸三维表情。利用DLP投影仪及高速摄像机搭建了三维人脸表情捕获系统, 实现了130万像素, 100 fps三维数据采集。实验结果表明, 该系统能够进行正脸偏转±45°内, 俯仰±30°内, 侧倾±45°内, 大幅度变化的无标记三维表情正确捕获。

传统基于正弦光栅相位测量轮廓术中, 相位因反正切运算而被截断在(-π, π］之间, 需要利用菱形等相对相位展开算法进行展开, 容易产生相位误差累计, 甚至无法展开相位; 或者利用投影辅助格雷码等额外结构光场来确定条纹级次, 避免相位误差累计, 实现相位的展开。提出了一种基于二元光栅特征提取的相位展开方法。通过投影一组相移二元光栅来实现三维测量, 既避免了投影仪伽玛非线性对三维测量的影响, 又将投影系统的刷新频率提高一个数量级, 同时利用二元光栅本身的图像特性, 在不增加辅助结构光场投影的前提下, 自定条纹级次, 从而将自定的条纹级次相位与截断相位相加, 实现展开相位, 有效避免了相位误差的累计。实验验证了所提方法的可行性和有效性, 解相结果与未发生累计误差的菱形算法解相结果具有很好的吻合效果。