近年来,三维测量技术在智能制造和检测、逆向工程、媒体娱乐等众多领域都得到了广泛应用,这些应用对三维测量系统的精度和实时性提出了更高要求,如何实现多物体同批次的快速重建具有重要的应用价值。基于结构照明的三维测量技术由于非接触性、使用灵活、测量精度高等优点成为了三维形貌测量的重要方法之一,但在存在多个测量目标的场景下,传统工业相机受景深限制难以一次性获取不同景深多个物体表面的对焦条纹图像,从而严重影响了失焦物体的三维重建精度。针对这一问题,本文设计了基于光场成像的多物体结构照明三维测量系统,该系统使用光场相机替代传统工业相机作为三维成像中的图像采集设备。由于光场相机能够同时记录光线的空间强度和角度信息,因此可以使用计算对焦和焦点堆栈融合来获取场景中多个物体表面的对焦条纹图像,然后使用全对焦条纹图像进行三维重建,从而克服传统工业相机的局限,达到不同景深多个物体一次性三维重建的目标。本文实现的三维测量系统由硬件部分和软件部分组成,硬件部分包括光场相机、数字投影模块、计算机等,软件部分包括全对焦光场条纹图像获取模块、三维重建计算模块、硬件控制模块等,本文重点研究了测量系统的软件部分。在全对焦光场图像获取模块中,实现了从原始光场数据的获取到解码、校正预处理,从而得到四维光场数据,为后续实现频域计算对焦提供数据基础;然后,提出了基于频域计算对焦和焦点堆栈融合来获取全对焦光场图像的方法。在三维重建计算模块中,基于全对焦条纹图像实现了结合相移轮廓术和多频率时间相位展开的多物体三维重建。此外,本文还研究了图像采集过程中引入的非线性误差对相位计算的影响,讨论了能够有效抑制非线性失真的六步相移法,并通过仿真进行了验证。本文选取了存在两个物体的场景对所设计的系统进行了实验,并将测量结果与利用传统工业相机恢复的三维测量结果进行了比较,实验结果表明本文方法能够较好地恢复失焦物体的三维形貌,从而证明了本系统所使用方法的有效性和优越性。