人类所处的物理世界空间是三维的,任何实物都以三维的方式呈现。随着社会的进步发展,三维信息获取技术面临越来越大的社会需求。数字结构光三维测量方法作为当前重要的测量手段,一直是研究的热点之一。但该技术仍然受到投影非线性效应和相位解包裹两大难题的制约。围绕数字投影结构光三维测量方法中的两个难点问题,论文开展了基于参考平面法的投影非线性效应研究和离焦Dither结构光图案的相位特性研究,分别提出了两种克服非线性效应的数字投影结构光三维测量新方法；然后,论文通过对克服非线性效应的绝对相位编码方法的深入研究,提出两种克服非线性效应的阶梯相位编码新方法和一种克服非线性效应的绝对相位编码方法的定标与三维重构新方法。论文主要工作内容包括四个方面：1、论文研究了数字投影非线性效应对基于相移法的参考平面结构光三维重构的影响关系,提出了相应的相位轮廓误差公式,在此基础上分析了误差波动振幅与相位、消相位轮廓误差平面位置和极大相位轮廓误差位置等重要特性,并通‘过相关实验证实了理论推导的消相位轮廓误差位置等误差特性关系。2、论文在深入阐述了离焦二元编码结构光三维测量方法的编码原理与离焦特性的基础上,对离焦Floyd-Steiberg Dithering算法正弦结构光图案的相位偏移特性进行研究,发现由于该算法的非对称式误差扩散将导致相位偏移量；通过模拟分析和实验验证,获得了该算法中两种扫描方式对不同条纹宽度、不同离焦量和不同相移步数的投影结构光图案产生的相位偏移量误差结果。3、论文对投影结构光三维测量的非线性效应克服方法进行了研究,提出了三极脉宽编码的二元编码转换方案和基于参考平面滤波的结构光投影非线性校正方法,实现了在避免投影仪非线性效应标定的情况下的非线性效应消除。(1)三极脉宽编码的二元编码转换方案利用两组二元结构光编码图案代替一组三极脉宽编码图案,在避免投影仪非线性效应标定的情况下,实现了三极脉宽编码方法的无非线性效应三维测量效果。(2)基于参考平面滤波的结构光投影非线性校正方法从滤除非线性谐波项的参考平面的结构光图像中获取误差相位的相位补偿表,用于对场景相位图进行相位误差补偿,在避免投影仪非线性效应标定的情况下,大大消除结构光三维测量的非线性效应误差。4、论文对克服非线性效应的绝对相位编码技术进行研究,提出了两种阶梯相位编码方法(对称式和非对称式二元区块相移编码方法)和一种基于绝对相位三维映射的离焦系统三维重构方法。即：(1)两种新的阶梯相位编码方法(对称式和非对称式二元区块相移编码方法)只需要简单的二元区块进行图案编码,并利用传统等步距相移算法解码,在避免投影仪非线性效应标定的情况下,实现对场景图像进行多级阶梯相位编码。(2)基于绝对相位三维映射的离焦系统三维重构方法,利用双频离焦二元结构光编码方法,在避免投影仪非线性效应标定的情况下,获得场景绝对相位编码；利用每个点的绝对相位编码直接映射到三个空间维度坐标的方法,获得三维重构图像,消除了某个坐标信息对其他坐标的误差影响；通过“已知平面点的三维重构”的方法,获得三维标定信息,无需高精度的标定器件即可实现简单精确的系统标定。通过本论文的研究工作,数字投影结构光三维测量方法的非线性效应特性更加清晰明确,而克服其非线性效应的手段也进一步丰富,为该方法的实用化提供了保障。