近年来随着国家对零排放的核电等清洁能源的重视,核电站对反应堆运行检测的自动化、智能化提出了更高的要求,其中三维水下测量技术是核电工程领域安全检测的重要一环。结构光三维测量方法在高精度检测领域有广泛的应用,而三维测量技术中基于光栅投影的面结构光测量方法成像效率高,实时性强,且精度满足多数测量需求。本文对基于光栅投影的三维水下测量技术进行了深入研究,并结合图像、点云处理等技术开发了用于核燃料组件的三维水下测量系统,对核电反应堆的安全平稳运行具有重要意义。课题的主要研究内容如下:基于结构光三维成像原理,研究了相移法与格雷码法两种不同的时间编码方法,分析了光栅投影技术在水下环境应用的误差来源,并构建了相位求解及展开误差模型。研究了四步相移主值求解算法与多频外差相位展开算法,解决了相移光栅相位展开误差问题与水下光栅非正弦分布问题,设计了基于多亮度的光栅投影相位融合方法,进一步解决水下被测物体成像时不同反射区域造成图像质量低的问题。算法实验结果证明,修正方法可以有效抑制光栅投影水下测量存在的误差,从而提高水下相位求解精度,提高三维模型完整度。为了提高系统标定效率,实现无需人工干扰的自动化标定,本文研究了成像模型和标定方法,利用膨胀、腐蚀等图像形态学运算,实现了不同棋盘格图像分割与内角点自动定位提取。通过计算相机和投影仪之间的单应性变换矩阵,结合实际棋盘格与投影棋盘格图案角点之间的共面性质,获得不同坐标系之间的对应点关系。引入水下等焦距模型,完成了系统参数标定,实现了包括相机标定、投影仪标定的光栅投影水下测量系统自动化参数标定。针对水下核燃料组件测量中的垂直阶差与水平间距检测困难问题,考虑核燃料组件点云三维模型特点,建立了不同管座之间的尺寸模型。基于点云分割算法,去除水下三维点云模型噪点,实现了特征区域定位及提取。对比分析点云模型平面拟合算法性能,设计了基于RANSAC算法的管座垂直阶差测量方法。为了提高点云模型有效数据点数量,引入了三维平面投影方法,基于欧几里得点云分割算法实现管座水平间距测量。进一步考虑三维测量方法的实时性需求,提取出了一种基于边界提取的优化算法,减少冗余数据计算,提高测量效率。以水下核燃料组件为测量对象,采用面向对象的分层架构,分析软件功能需求,设计了光栅投影水下三维测量系统。基于Windows10,选用VS2013平台,并采用Qt框架、Open CV和PCL结合SQLite数据库实现了测量软件功能开发。试验证明了光栅投影三维水下测量系统的可行性和准确性。