文献综述
单目视觉测量技术与双目视觉测量技术都是计算机视觉中的的重要分支。单目视觉测量技术有着低成本可靠性好的优势，因此在现有市场环境下，仍然会是主流。但其存在的问题是，在测量的范围和距离方面，有一个不可调和的矛盾，它无法像人眼一样快速变焦。而双目视觉测量技术[1-2]近似于人眼视觉系统，实现对客观世界三维场景的感知、识别与理解。有着较高的测量精度和速度，并具有结构简单，便于使用等优点。所以被广泛应用于工业检测、物体识别、工件定位[3]等诸多领域。
近年来，随着计算机科学与光电技术的飞速发展，非接触式三维面型测量技术也得到了飞速的发展，它拥有高效率、无破坏性、精度高、工作范围大等特点[4-5]，在工业制造、服装工业、生物医学等方面得到广泛得应用，有着广阔的应用前景。非接触式三维测量按投影光的不同可分为被动三维测量与主动三维测量。
被动三维测量采用非结构化照明（常为自然光或室内可控照明光），采用单个或多个摄像机获得不同视觉方向的二维视图，通过这些图像的视差，运用相关或匹配等运算可以重建出物体的三维面型。该方法的关键是对应点的匹配算法，计算量通常较大。当被测物体表面各点反射率无明显差异、面型过于简单或复杂时，对应点匹配变得很难实现，相关运算变得很复杂。
主动三维测量采用结构化照明，通过主动引入的光场被待测件表面调制，从探测到的调制光场中解调出被测件的三维面型信息，大大提高了测量的精度、准确度、速度和可靠性，从而使实用的三维精确成像成为可能。按照光场调制方式的不同，主动三维测量法又分为时间调制法和空间调制法两大类。其中飞行时间法是时间调制法的典型代表，即通过测量光脉冲在空间的飞行时间来获取距离信息，通过对大量采样点的测量来重建物体的三维面型。但这种方法对时间分辨率有极高的要求，常用于大尺度远距离的测量。空间调制法大多采用三角法测量原理，其典型代表是相位测量法。
相位测量法按照待测件表面粗糙度的不同，又可分为条纹投影[6-7]和条纹反射技术。在系统的硬件上，条纹反射系统与条纹投影系统的区别在于LCD显示屏替代了投影仪[8]。条纹投影系统[9]中的主要硬件设施包括工业投影仪、CCD相机和计算机。其基本思想是通过投影一幅光强成正弦分布的条纹图到待测物体表面，由于物体表面高度的变化，从而造成标准条纹图发生形变，再通过CCD获取变形条纹图，计算机解调变形条纹获取相位值，最后，利用相位值来恢复高度信息。该技术实现方式简单方便，能够获得商精度的测量结果，因此，近年来获得快速发展。条纹反射系统[10]中的主要硬件组成包括CCD相机、LCD显示屏和计算机。使用LCD显示屏显示条纹，并将其照明待测镜表面，再利用相机获取经待测镜面反射后的变形条纹，通过对相机拍摄的变形条纹进行解调，从而可得到待测镜面的三维面型信息[11]。但条纹反射测量技术仍然还有许多问题亟待解决。比如三维面形重建算法的优化、提高计算效率，如何获得低反射率类镜面物体表面形貌的高信噪比相位信息，系统标定方法，对大尺度大形变镜面物体测量时存在的系统多义性问题等[12]。近年来，国内对条纹反射测量技术的重视和研究也日益增多。
相位测量法是以测量投影到物体上的变形光栅像的相位为基础，通过相位与高度的映射，从而计算出三维面型信息。求解相位时使用了反正切函数，得到的相位都在三角函数的主值范围内，因此需要进行相位解包裹。这类方法的代表有相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术、莫尔条纹轮廓术等。
- 莫尔条纹轮廓术[13]
莫尔条纹法主要根据粗光栅阴影效应来得到莫尔条纹的。该方法以基准光栅为核心器件，测量中放在靠近被测物体表面处，用点光源或者平行光源照射基准光栅，在物体表面形成阴影光栅，然后通过基准光观察物体，形成干涉条纹，从而解调物体的表面高度。
- 相位测量轮廓术[14-16]
相位测量轮廓术（Phase Measuring Profilometry，缩写为PMP）是用干涉图来解调干涉信息的。将正弦光栅投影到三维待测的漫反射物体表面，从成像系统中获取变形的光栅像，然后使用移相的方法得到多幅变形的条纹图，通过这些形变的条纹图就能准确的计算出物体每一点由于高度的变化而引起的相位的变化，最后将相位展开即可得到物体的三维面型图。
- 傅里叶变换轮廓术[17]
在主动三维传感中，基于结构光照明的条纹和干涉条纹有着相似的特征，傅里叶变换轮廓术（Fourier transform profiloometry，缩写为FTP）的基本原理是测量系统从一个角度投影结构光场，系统中的成像装置从另一个角度获取由物体高度调制后的变形光场，并通过傅里叶变换、频域滤波和傅里叶逆变换，最终求解出被测物的表面高度信息。
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