透射显示双屏偏折系统解决了传统方法无法测量非连续镜面三维形貌的难题,其使用透明显示屏,既增大了测量视场又减小了系统结构的复杂性。但透明显示屏的折射效应会导致三维测量结果产生误差。在分析透射显示双屏系统中折射光路的基础上,提出一种透明显示屏折射误差补偿方法。首先分析透射显示双屏系统测量原理及折射误差产生原因。在参数标定过程中,从相位角度对透明显示屏引入的折射误差进行补偿。在所研制的测量系统上验证所提出的折射误差补偿方法。实验结果表明,该方法消除了折射效应带来的误差,提高了镜面物体三维形貌测量的精度。

针对航空发动机叶片的高精度和高效率测量需求,提出一种基于HSI(Hue、Saturation、Intensity)色彩模型的快速三维测量方法。首先分析HSI模型并设计结构光三维测量系统,使用基于LUT(Look Up Table)的色彩校正方法对色彩串扰进行校正,之后对色相与深度的映射关系进行标定。在此基础上,提出仅用一幅彩色图样获取包裹色相。在非连续表面上使用彩色编码色条图像实现条纹级次的识别,进而完成色相解包裹,并通过仿真模拟验证所提方法的可行性。最后对航空发动机高压压气机转子叶片进行三维测量,并将所提方法与常用的包裹相位获取方法和解包裹方法的计算效率进行对比。实验结果表明,所提方法满足航空发动机叶片的测量要求并可以提高测量效率。

二帧相移提取算法具有所需条纹图数量少、处理速度快的特点,但由于二帧相移技术存在病态性问题,使算法的设计充满了挑战,鉴于此,提出一种二帧随机时域相移条纹图相移提取算法。该算法先通过高通滤波去除条纹图的背景项,再结合振幅方均根的分布规律,利用梯度下降法搜索振幅方均根的最小值,进而提取引入的相移,最后利用二步相移算法获得测量相位。仿真与实验结果表明:与其他经典算法相比,所提算法具有恢复相位误差小,对噪声不敏感等特点,且简单灵活,易于应用。

在双目结构光系统下,提出一种基于二值空间的条纹边界编解码方法。提出二值空间的定义;按投影顺序将投影图案分层,并为第一层条纹图像构造初始二值空间;根据初始二值空间内黑白条纹的顺序,分别在两个子空间内提取第二层条纹图像的边界线;重复上述操作,每一层条纹图像的边界线都从上一层构造的二值子空间内提取,在此过程中,同时考虑左、右视角下二值空间状态的一致性,并按边界线提取顺序对条纹边界解码,对于断开边界,则根据二值空间的方向在空间内连接边界线;最后,分别拟合正、反条纹边界点的灰度直线,通过求直线交点得到亚像素边缘点。实验结果表明,该方法能完整准确地提取条纹边界线,解码正确率为100%,对平面重建的误差为0.0993 mm,对复杂场景的条纹图像具有较强的抗干扰性。

傅里叶变换轮廓术（FTP）复原三维形貌时，用来提取基频成分的带通滤波器对测量精度有很大影响。传统二维滤波器如汉宁窗或高斯窗为对称滤波器，其截止频率的大小受条纹空间频率即基频与零频间的距离所限，经常会导致基频成分提取不完整，有用信息缺失。为解决此问题，在二维汉宁滤波器基础上，提出一种椭圆形底部形状的二维非对称滤波器，在不同频率方向上具有不同的频率响应和截止频率，可提取出更为完整的基频成分。台阶和阵列物体的模拟实验表明，二维非对称滤波器对2个物体的复原精度相比于传统汉宁滤波器分别提高了39.5%和55.6%。

相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术,但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性,提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。所提方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定,运用3帧随机相移算法提取测量相位,从而极大地简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于是基于随机相移思想,假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知,因此所提方法可有效地降低相移器的应用要求。另外,所提方法在相位解调过程中不受背景光影响,且对条纹图非正弦光强分布不敏感,具有精度高、应用容易的特点。实验表明,所提方法精度高,速度快,优于现有的典型算法。

相移阴影叠栅轮廓术具有分辨力高和可自动测量的特点, 但该技术需要预先对测量灵敏度进行标定, 实现过程复杂。为了简化其标定过程, 提出一种基于3帧条纹图的实时测量灵敏度标定技术。所提方法利用垂直光栅面精确移动光栅, 获得3帧相移条纹图; 再通过不同帧条纹图相减去除条纹图背景, 发展了一种基于矩阵范数的相移算法, 提取了引入的相移; 利用相移与测量灵敏度间的关系实现了测量灵敏度的快速标定。实验结果表明, 所提方法操作简单, 应用灵活, 并且为测量灵敏度的标定提供了一种闭合解, 其标定精度优于传统的Dirckx方法。