基于飞行时间法(Time-of-Flight,简称TOF)技术的测距相机由于原理简单、抗干扰能力强以及易于片上集成等优点,日益成为代替其它三维测距技术的热点。但由于其独特的测距原理和外界环境的影响,TOF相机获得的数据存在着各种系统和非系统误差。本文针对TOF相机中特有的多径叠加效应产生的测距误差展开研究,从调制解调方案、光学结构设计和后期数据处理等方面分别设计了不同的误差校正方法。主要工作内容如下:1.研究了基于调制解调方法的TOF相机测距原理,并对余弦-余弦法、余弦-方波法、以及伪随机二进制互相关序列等三种调制解调方法进行了数学建模。分别从内部多径散射、外部强多径反射以及外部多径散射等三个方面对多径反射误差的产生机理进行了分析与数学推导,并搭建了相应的误差仿真实验平台。2.针对内部多径散射误差,从直接误差补偿和间接散射信号补偿两个方面分别进行了研究。在直接误差补偿方面,构建了Hermit-Bezier、含加性权值B样条和含乘性权值B样条等三种误差曲面拟合模型。实验对比显示,三种误差模型都使得平均误差降低到10 mm以下。而在散射信号补偿方面,设计了基于强度与其梯度之比进行逐级分区迭代补偿的算法。该算法在光强对比度较大区域内的散射误差校正性能明显提升,使得距离误差最大减小了85%。3.针对外部强多径反射误差,在多频率信号调制解调方案的基础上,分别设计了基于压缩感知的粗细稀疏分解和基于初始伪随机二进制互相关序列的改进惩罚函数法等两种多径信号分离方法。通过实验验证与对比分析,这两种方法在保证快速多径分离的前提下均使得分离精度提高到了mm级。而针对外部多径散射误差,本研究设计了基于双光源正弦调制的直接和全局分量分离方案以消除多径散射误差。实验表明该方法可以有效地减小由棋盘格照明的光泄露引起的直接和全局光分离误差,使得平均距离误差降低到7.4 mm。