基于结构光照明的三维传感技术具有检测速度快、分辨率高、非接触等优点,广泛应用于计算机视觉、工件质量检测等方面。随着计算机技术,以及图像处理等技术的发展,光学非接触测量技术得到广泛的应用,尤其是基于结构光照明的三维成像系统得到了很大发展,被认为是最有发展前途的三维轮廓测量方法。目前,它已经广泛应用于机器人视觉、自动加工等领域,在复杂物体面形检测中有着广阔的应用前景。本文主要工作分为三步,第一步是深入研究了结构光照明三维成像系统的工作原理。用计算机模拟结构光照明三维成像系统,为实际测量系统的结构设计和参数校正提供了新的途径;第二步根据投影是摄像的逆过程,将投影仪看成反向工作的摄像机进行处理。利用2D平面靶标对摄像机和投影仪进行标定。该方法采用一块平面靶标,在测量体积内比较随意的摆放,实现了测量系统参数的标定。从而降低了靶标制作难度,靶标便于携带,可以实现现场标定;第三步分析了光学系统的成像特性,提出一种适用于时空二值编码结构光照明三维成像系统的投影仪坐标亚像素检测方法,有效提高了系统的测量精度。本文主要结果及创新点有:(1)提出采用平面靶标及虚拟标准平面的结构光照明三维成像系统标定方法,可以实现系统的现场标定。(2)提出一种采用时间正弦拟合的时空二值编码结构光照明三维成像系统投影仪坐标亚像素检测方法。(3)根据测量系统模型,提出了一种高精度的结构光照明三维成像系统仿真方法。(4)利用摄像机模型,推导了结构光照明三维成像系统的投影仪坐标—高度映射关系,得到了采用多项式表示的投影仪坐标—高度映射方程。