为了实现强反射表面三维形貌的光学非接触测量,提出一种改进的投影栅相位法。分析了强反射表面的反射光特点及其对相位解算的影响,指出了反射光亮度范围与相机动态范围的不一致是导致传统投影栅相位法测量失效的主要原因;提出了亮暗条纹投射、多曝光时间采集图像和图像合成等技术,使相机亮度测量范围与强反射表面的反射光亮度范围相一致,并分析了此方法的可行性和适应范围。最后,给出了改进投影栅相位法的条纹投射与图像采集步骤。实验结果表明,改进的投影栅相位法克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗问题,能够成功测量出99.6%以上的三维点云,有效解决了测量点云缺失问题,能够实现强反射表面三维形貌光学非接触测量。

建立了一种基于虚拟复合光栅的三维形貌测量系统，利用两种频率光栅的合成投影，实现物体表面突变部分的测量。测量系统适用于机械零件的三维形貌检测，并且得到令人满意的测量结果。

投影光栅法是进行三维形貌测量的有效手段，但当被测物体陡峭度较大或存在高度突变时会出现阴影问题。为此本文提出一种基于互相关函数差值的模板匹配算法，该算法可以有效地解决这一问题，同时该算法也可用于大尺度物体三维形貌测量的拼接技术，文中给出了算法的详细描述及实例计算，计算结果证明了该算法的正确性。

投影光栅法是进行三维形貌测量的有效手段，但当被测物体陡峭度较大或存在高度突变时会出现阴影问题。为此本文提出一种基于互相关函数差值的模板匹配算法，该算法可以有效地解决这一问题，同时该算法也可用于大尺度物体三维形貌测量的拼接技术，文中给出了算法的详细描述及实例计算，计算结果证明了该算法的正确性。

针对远距离大尺寸物体三维形貌测量的要求,设计并实现了基于激光三角法原理的双振镜点扫描三维形貌测量系统。介绍了系统的结构和测量原理,并对系统进行建模,推导了被测物体表面测量点的三维坐标计算公式。构建了原型系统,利用专用的二维平面靶标在测量空间内自由摆放数次,根据靶标上特征点及其像点间的位置关系,以坐标系转换为基础实现了测量系统结构参数的现场标定。利用李萨如图扫描模式分别对靶标平面、已知直径的球面及石膏像自由曲面进行了测量实验。结果表明,测量距离1m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.70mm,球面直径测量误差均值为0.51mm;测量距离10m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为17.85mm。该系统可用于远距离大尺寸物体表面的三维形貌测量。

随着生产扫展对许多工件提出了测量三维形貌要求本文提出了在较大光点间隔下实现小采样间隔三维形貌测量的方法。该方法可不改变测量系统光学结构，通过外加简单的装置改变光点间隔，从而实现小采样间隔的三维形貌测量。论文给出了相应的数学模型，测量步骤，并进行了误差分析。

本文提出了一种利用双波长激光干涉产生交叉的干涉条纹测量光学元件三维面形的方法.该方法可以有效地提取干涉图像中更多的数据点,恢复被测元件的三维形貌.一定程度上解决了大口径光学元件三维形貌测量中数据点密度不足的问题.