近年来，非接触无损三维测量吸引了越来越多的关注并在众多领域得到了广泛地运用。非接触式光学测量物体表面的方法现在被广泛运用于各个行业，包括:医疗卫生保健、珍贵文物数字化、逆向工程、工业检测、计算机图形学与特效、智能机器人导航、娱乐行业等方面。非接触三维测量技术是一种基于光学手段和图形图像处理分析方法的非接触式测量，其运用计算机图形图像学的理论来数字化再现物体的三维形貌，是现在计算机视觉研究的主流方向之一。非接触三维测量技术一般可分为主动与被动两类。主动式技术是指将额外的能量投射至物体，借由能量的反射来计算三维空间信息。目前常用的非接触主动光测量方法有:飞行时间法、三角测距法、结构光法等。被动式扫描仪本身并不发射任何辐射线，而是以测量由待测物表面反射环境光的方法，达到预期的效果。被动式方法受环境照明与目标物体自身表面属性影响很大。　　本文首先介绍了三维测量技术的发展现状。随后讨论了几种常用三维测量技术，对其原理，使用与优缺点做了分析。结构光法通过向待测物体投射一系列经过特殊设计的图案来实现三维重建。这些经过特殊设计的图案非常有助于提升包括测量效率、测量精度在内的系统指标。双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式。它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，可减少单目观测存在的观察死角与遮挡现象。鉴于结构光三维测量技术的诸多优势，本博士论文所讨论的三维测量装置均采用双目结构光方案，并主要开展了以下几个方面的研究工作:　　1.搭建了一种基于结构光投影的双目三维形貌测量装置。该装置主要由两个摄像机与一台置于两个摄像机中间的光学引擎组成。测量时，光学引擎向待测物体投射一系列二值带通伪随机图案。双目摄像机同步捕捉待测物体被这些图案照明的图像，得到一系列立体图像对。随后运用时域立体匹配算法提取出同源点，进而获得同源点的视差。一个经过标定的双目系统，可以根据视差利用三角原理重建物体的三维形貌。相对采用光点阵列的扫描方式，该方法可一次性获取足够密集的数据点，减少点云匹配的计算次数。　　2.针对密集立体匹配过程纷繁耗时的问题，本文提出了两种搜索区间优化策略。一种对视差进行预估，将同源点搜索范围限制在预估位置周围。另一种借由一幅内嵌识别块的条纹图案，将待测物体分割为多个条纹，在判定了条纹的对应关系后将同源点搜索范围限制在由条纹宽度限定的一个相对小的区域内。实验中，采用视差进行预估的搜索优化策略减少了一半的运算量，而借由条纹图案的搜索优化策略将运算量缩小至原来的25％。　　3.搭建了一种基于二维Dammann光栅的点阵结构光扫描方式。该装置采用小型半导体激光器与二维Dammann光栅配合产生二维激光点阵。Dammann光栅将光源的光强等分成多份，两个摄像机同步采集二维激光点阵投射到待测物体表面形成的图案。提出了一种基于衍射级次分析的光点匹配方法对所获取的激光点阵进行立体匹配，通过三角原理获得三维点云。我们对物体多次扫描，最后将多幅点云拼接形成密集点云。该方法对环境要求不严格，一般室内环境下小型半导体激光器产生点阵足够明亮，不会被环境光湮没。　　运用上述方法，我们测量了包括石膏像、瓷器、粗糙表面的透镜毛坯等物体，获得了待测物体具有较高精度的密集点云，验证了其适应性、可靠性与实用性。