高速高精度三维面形检测在先进制造业、医学成像、科学研究、人体测量等领域都有大量的潜在应用。例如测量蜻蜓飞行时翅膀的实时三维数据将有助于理解其飞行原理,设计更优良性能的飞机。目前,尽管已经有许多三维面形检测方法,但是要精确地测量瞬间变化的三维场景依然非常困难。数字条纹投影(Digital Fringe Projection)因其高速、高精度等优势被广泛采用。基于商用投影仪的三维扫描仪可以实现实时(30 Hz)的多条纹三维面形测量,这样的三维面形测量设备能够胜任变化较慢场景的测量,但对获取高速运动场景还远远不够。对于高速三维测量(30 Hz以上),通常采用数字投影仪投影单幅条纹并用高速相机获取条纹变形数据,通过分析图形获得面型数据。随着硬件的发展,高速二值条纹投影仪已经能够实现4000Hz的条纹投影速率,其价格也在不断下降。但是同等速率的高速相机价格却居高不下,并且存在很多限制,例如拍摄时间有限、无法实时传输数据等。为了克服现行高速三维测量中的缺点,本文提出了一种基于时间频率编码的高速三维测量方案。利用高速率投影仪,在不同时间投影不同频率的编码条纹,并用较低的帧速率,将若干个不同时刻的变形条纹曝光在同一张图中。由于三维信息被编码在投影的条纹频谱附近,又由于这些条纹的频率不同,因此所对应的变形条纹在空间频域中是分离的。通过对图像的分析处理,可以获得各个条纹对应的三维数据即对应时刻的三维面形数据。该方案在不改变相机帧率的前提下,充分利用了高速投影仪的帧率,提高了三维测量的速度,降低了测量系统的成本。本文工作主要分为三部分：首先分析了基于时间频率编码的可行性,并对系统的关键步骤如滤波器的设计、条纹的设计等做了具体分析。其次,根据本文原理,设计并搭建了高速三维面形测量系统,并对动态变化的人脸场景进行了三维测量。最后给出了应用实例,人脸的测量结果用于个性化的水晶内雕。