莫尔条纹三维面形测量技术是一种能够对物体表面三维形状进行量化的结构光轮廓测量方法,由于其具有非接触、速度快、全场测量、分辨率高等优点,目前被广泛应用于工业检测、机器人视觉、质量控制、生物医学等领域。该技术的基本原理为利用参考条纹与投影到待测物体表面因物体高度调制的变形条纹叠加形成莫尔条纹,并通过三角测量法分析莫尔轮廓线得到物体真实的高度信息。为实现三维物体的准确测量并减少图像处理时间,本文使用数字合成莫尔条纹的方法。测量物体时只采集一幅变形条纹,通过对预先拍摄得到的参考条纹进行数字移相并与变形条纹叠加形成莫尔条纹,采用简便的巴特沃斯低通滤波器对原始高频条纹进行滤除,得到清晰的莫尔条纹轮廓图。本文采用三步相移的方法对莫尔条纹的相位信息进行提取,并通过基于位相值边界可靠度排序与mask结合的算法对折叠相位图进行展开,得到质量较高的连续相位图分布。为进一步获得物体的真实三维信息,本文给出了基于参考面系数矩阵校准方法的完整描述,包括数学模型建立,映射方程推导,系数标定以及实验验证。使用标定后的映射方程对三维物体进行重建,测量得到的峰值高度误差仅为0.19%,具有较高的测量精度与分辨率。该方法不需要对系统参数进行复杂的物理测量,避免了人为测量引入的误差,且系数标定的方法简洁方便,是一种可行的实验方案。