客观世界是以三维的形式存在的,在观察和认识世界的过程中,双眼和大脑将观测的画面以立体的形式呈现在我们的认知中。随着科技的发展,人类已经不满足于通过传感器得到物体的二维信息,如何获取物体的三维信息成为研究的热点。其中,数字光栅投影三维测量技术是非接触式三维成像和测量技术中最具代表性的一种。因为其精度高、分辨率高、成本较低、速度快等特点,已成为应用最广泛的三维测量技术。但是该技术仍然存在系统标定精度受限、存在投影仪非线性效应和测量速度受限等问题。围绕这些问题,本论文主要研究了投影仪的模型及标定方法,提出了一种基于坐标映射的投影仪标定改进方法和二种基于坐标变换的投影仪标定改进方法;研究了二值光栅离焦投影技术的原理及不同二值模式的性能,并提出了一种多频二值离焦方法。本论文主要工作内容包括三个方面:1)研究了基于坐标映射的投影仪标定方法,分析了其精度受限的原因和误差形成的原因。提出将像素级轮廓映射拟合方法改进为亚像素级轮廓映射拟合方法。对中心点直接映射方法、像素级轮廓映射拟合方法和所提出的亚像素级轮廓映射拟合方法进行了对比,实验证明亚像素级轮廓映射拟合方法标定精度更高。对同心圆中不同半径的圆形标志进行映射拟合实验,实验证明半径较大的圆形标志标定精度更高。对映射拟合后的同心圆圆心进行不同权值的融合,研究表明当大圆和小圆权重分别为4/5,1/5时,能够得到最好的标定结果,其最大反投影误差为0.1756像素,标准差为(0.0539,0.0504)像素。2)研究了基于坐标变换的投影仪标定方法,分析了其精度受限的原因。在后续实验中通过使用二次投影技术避免了标定板图案与投射图案之间的干扰。研究了移动投影仪标定技术,分析了其误差来源。提出使用局部单应性方法提高该技术的标定精度。与传统的需要相机参数方法以及全局单应性方法进行了实验对比,结果表明,采用局部单应性方法,其反投影误差标准差分别从(0.2275,0.2264)像素和(0.1237,0.1098)像素降到了(0.0535,0.0468)像素。将射影变换中的交比不变性应用到投影仪标定中,提出相关模型对投射特征点圆心进行准确提取,从而提高了标定精度。和需要相机参数标定方法、全局单应性方法进行了实验对比,结果表明,采用提出的方法,其反投影误差标准差分别从(0.2275,0.2264)像素和(0.1397,0.0997)像素降到了(0.0645,0.0601)像素。3)研究了二值光栅离焦投影技术的原理和其误差特性,以及二值离焦技术各个模式的生成方式。对多频外差相位展开技术进行了研究,并将二值离焦光栅与其结合。根据二值光栅模式特性将一维二值模式用于高频光栅,将二维二值模式用于低频光栅。仿真表明,在低离焦情况下,优化正弦脉宽调制(SPWM)方法在高频光栅中有最好的效果,而斯塔基抖动优化(SD)方法在低频光栅中有最好的效果。实验验证了仿真结果的正确性。分别用所提出的混合多频二值离焦方法和单一多频二值离焦方法对白板、面具、大卫模型和分离物体进行了三维测量,实验结果证明了本文提出方法的有效性。