近年来,随着我国“智能化”制造的全面实施,三维成像技术在工业检测和工业设计中扮演的角色越来越重要。最近一年,“元宇宙”概念横空出世,引发了社会的广泛讨论,所谓的“元宇宙”其实是一个运作于三维显示基础之上的虚拟网络世界,而三维成像技术是构建元宇宙的重要三维内容来源。三维成像全面替代二维成像俨然成为时代发展的一种趋势。而结构光三维成像技术以其硬件构成简单、成本低、计算量小、成像精度高、成像速度快等优势,在三维成像领域占据着至关重要的地位。本文从条纹投影轮廓术出发,深入研究了结构光三维成像技术的原理,包括相位计算、相位展开、系统模型建立、系统标定、三维重建等。详细探讨了具体技术的实现细节,并在此基础上实际搭建了一个单目结构光系统,该系统的核心组成部分是一个工业相机和一个投影仪。设计并完成了系统标定和三维成像的系列实验。具体研究内容包括以下几个主要方面:（1）深入调研了结构光三维成像技术的发展历史和研究现状,以高精度的时间序列余弦条纹投影相位轮廓术为切入点,探究了相移法的基本原理并推导出了求解相位的计算公式。针对高频条纹图像相位模糊的问题,本文分析了三种典型的相位展开算法的实现原理和优缺点,并进行了详尽的仿真实验。（2）基于相机的成像原理和投影仪显示的特点建立了结构光系统的数学模型,在此基础上分析了系统标定的原理和实施流程。定制了适用于本文系统的标定板,完成了系统内外参数的标定。（3）根据期望的三维成像需求选定了性能参数合适的相机和投影仪用于搭建结构光系统,实现了相机拍摄动作和投影仪投射图像动作的同步,并在前文对相位轮廓术的理论研究基础上,使用搭建的结构光系统,设计并完成了三维成像实验,达到了良好的成像精度,能满足部分实际应用的需求。（4）通过构建端到端的深度卷积神经网络模型,实现了直接从单张条纹图像获取场景深度信息。并提出运用图形学思想,通过三维建模软件Blender构建虚拟结构光三维成像数据集辅助训练,最终在真实系统上测试了模型效果,证明了所提出的方法的可行性。