随着人们生活质量的提升,传统的二维平面成像方式目前已经不能满足人们的需求。应运而生的光学三维测量是一种实现了数字化与智能化的高新综合技术。生活中的物品表面主要有漫反射和镜面反射表面。其中,针对漫反射表面的研究目前已经趋于成熟,但是对具有镜面反射特性的物体表面三维测量技术的发展尚处于初级阶段,如机械抛光零件、工业精密机械零件以及航天发动机涡轮叶片等物体的测量技术。而如何快速、精确、全场、非接触地获取镜面物体表面信息成为研究的难点与热点问题。基于此,本文以直接相位测量偏折术为基础,提出了一种基于远心系统与曲面屏的镜面三维测量技术。根据直接建立的相位与高度之间关系,测量并重建了镜面物体表面三维形貌。因为远心镜头具有无视差、低畸变、大景深等优点,从而解决了在拍摄物体边缘时,产生阴影所造成数据不准确的问题。对于测量具有一定曲率的镜面物体表面,由于曲面屏自身所成虚像范围小于平面屏,从而降低了对系统大景深的限制要求并且可以有效地扩大系统测量范围。首先,根据已有的相机标定技术,改进了一种基于两步校准的标定方法对装载远心镜头的相机进行标定。第一步在理想状态下估计相机内参,第二步对所有参数进行非线性优化,最终完成了对装载远心镜头的相机标定。使用该方法,远心镜头的内部参数得到了准确标定,从而证明了远心镜头无需对拍摄图像进行过多校正,并且在相机镜头景深范围内具有恒定不变的放大倍率。然后,对建立相位与高度间关系中的未知系统参数进行标定。相机分别采集通过平面参考镜与被测量镜面物体表面反射的标准条纹图与变形条纹图。各像素点处的折叠相位值与展开相位值分别由四步相移法与最佳三条纹选择法解算得到。利用具有几何特性的圆环标识点建立相机与曲面屏的位置关系,完成系统参数的标定。最后,依照镜面物体三维测量系统整体设计方案,研制了系统实物实验平台。对一个镜面标准直角台阶进行重建,表明所提方法的有效性。测量与重建了一个镜面标准扇形台阶,相较于传统方法精度提升了约5μm,并能够一定程度上扩大物体的测量范围。分析了该实验测量系统的误差影响因素,证明了系统具有良好的鲁棒性。综上所述,基于远心系统与曲面屏的镜面三维测量技术给测量具有一定曲率的镜面小物体带来了新思考。