光学三维形貌测量技术是一种非接触的三维测量技术。它具有高速,高精度和高分辨率等优点,广泛应用与各个行业之中,例如工业检测、文物保护、逆向工程以及最近发展迅速的3D打印和增强现实(AR)等等。目前,相位测量轮廓术和傅里叶变换轮廓术等基于条纹投影的三维形貌测量方法得到了广泛的应用和研究。采用液晶和数字微镜的投影仪是常用的条纹投影设备。其中数字微镜投影速度快,但数字微镜价格较高。而液晶投影仪的价格相对较低,但投影速度较慢,不适用于高速测量。同时这些投影仪占据测量系统大部分的体积,不利于测量系统紧凑化。采用罗琦光栅和LED光源阵列的光源步进法相移条纹投影系统速度快、体积小、价格低廉,在结构光三维测量中有良好的应用前景。本论文对光源步进法三维测量系统原理进行了分析。改进了测量系统的标定方法,扩展了系统的测量深度范围。论文主要内容有以下几部分:(1)介绍了光学三维形貌测量技术及其研究现状;(2)介绍了条纹投影三维测量技术及光源步进法投影系统的原理;(3)研究了测量系统的标定方法。针对光源步进法三维测量系统特点,讨论了相位与三维坐标的映射方法,提出了采用平面靶标的系统标定方法。(4)分析了光源步进法相位测量误差与深度的关系。得出在偏离设定深度范围时,相移量偏离标准值较大,相移法测量的相位局部平滑性变差,相位-高度映射误差变大,导致系统的测量范围较小。针对这一问题,提出改进的傅里叶变换法,提高了相位的局部平滑性,扩大了系统的测量范围。(5)搭建了光源步进法条纹投影三维测量系统,进行标定实验,分析了标定精度。本论文创新点主要有:(1)提出了一种采用平面靶标的系统标定方法对光源步进法条纹投影三维测量系统进行标定,简化了系统标定的硬件要求。(2)采用改进的傅里叶变换法,扩大了系统的测量深度范围。