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随着科学技术和工业生产的发展，在机器视觉、实物仿形、工业自动检测、产品质量控制、生物及医学检测等领域中，人们对三维面形测量的需求越来越多。当前，发展快速、高精度、非接触的三维面形测量技术成为科技领域中的一个研究热点。其中基于光栅条纹投影的相移轮廓术(PSP)具有利于计算机高速处理、不受物体表面反射率的影响和测量精度高的优点，因此特别适合三维面形数据的准确快速测量。本文研究和总结了三维型面测量技术在国内外发展的动态和趋势，系统地探讨了相移轮廓术法的理论体系，对其关键技术作了深入研究，并在此理论基础上进行了三维测量数字化仪的开发。概述了目前三维测量的主要方法，总结了各种方法的优缺点及应用场合。对相移轮廓术做了研究，论述了相移轮廓术的基本原理，分析了相移轮廓术的系统光路结构，从数学上推导出与该光路结构对应的相位和三维物体高度之间的关系，并且给出了实例。对相移轮廓术中的关键技术相位去包裹进行了研究。结合有关专著和近年来相关文献及作者的研究体会就相位去包裹的有关基本问题做了论述，分析了包裹相位的产生原因，描述了相位去包裹的过程，详细介绍了基于路径预测的区域增长去包裹算法，对这一算法的改进做了研究，并用试验证明了改进后的优越性。本文还论述了其它常用的相位去包裹方法，对各自的优缺点做了分析，探讨了这些相位去包裹方法适用的条件。对拼接技术进行了论述，提出了通过两种途径实现三维型面的拼接，一是先对分块得到的变形栅线图进行拼接再恢复出整体的三维轮廓图；二是先分块恢复出高度图再进行三维型面的拼接，两种途径都做了细致的分析，并给出了实例进行了验证。在理论研究的基础上开发了三维测量的数字化仪，仪器的创新主要有二点：一是针对以往测量系统存在的缺点，在总结前人的成果基础上，提出了图像采集新的解决方法——基于USB总线摄像头的图像采集方法，图像卡内置在摄像头内，解决了过去图像卡与CCD分离的问题，从而使得采集系统简单、方便、高效。二是仪器采用单片机控制，计算机通过串口完成对仪器的所有控制，其优点在于仪器更加智能化，更便于操作。论文最后针对本课题进行了总结并对后续工作进行了展望。在附录中给出了仪器最关键部件即自制控制板的电路图和实物图。