本书除了介绍比较成熟的基本原理、基本技术外，还力求能够较为系统地对当前国内外这一领域的最新研究成果有所反映。全书共分9章。第1章(绪论)主要介绍了光学轮廓测量技术的发展现状及光学轮廓测量系统的主要组成；第2章介绍了二维及二维半光学轮廓测量技术；第3章介绍了三维空间域图像测量技术；第4章介绍了光切法三维轮廓测量技术；第5章介绍了单频光栅编码的三维轮廓测量技术；第6章介绍了变频光栅编码的三维轮廓测量技术；第7章介绍了正弦结构光编码的三维轮廓测量技术；第8章介绍了线性结构光编码的三维轮廓测量技术；第9章介绍了彩色光栅编码的三维轮廓测量技术。

本书可作为大学本科生和研究生现代光学测量技术等课程的教科书或参考书，亦可作为对非相干光学测量技术有兴趣和有需要的科技及工程技术人员的参考资料。

　　本书是一本关于非相干光学轮廓术的技术性专题著作，比较全面系统地介绍了二至三维非相干光学轮廓测量技术的基本原理及主要应用。全书共分9章，第1章主要介绍了光学轮廓测量技术的发展现状及光学轮廓测量系统的基本组成，第2章讨论了二维及二维半光学轮廓测量技术，第3章～第9章讨论了目前该领域最主要的几种三维光学轮廓测量技术。

本书大部分内容为作者多年来的研究成果，部分内容采纳了本领域同行的最新研究成果，基本反映了当前国内外的最新研究水平。本书可作为测控技术与仪器等相关专业本科生及研究生的教材，亦可供有关科技人员参考。

第1章　绪论　1

 1.1　概述　1

 1.2　光学轮廓术回顾　2

 1.3　非相干光学轮廓测量系统的组成　8

1.3.1　光源和光学投影系统　10

1.3.2　图像采集系统　12

1.3.3　机械、电控系统及软件系统　15

第2章　二维及二维半光学轮廓测量技术　27

 2.1　概述　27

 2.2　二维轮廓测量技术　28

2.2.1　图像预处理算法　28

2.2.2　图像边缘检测与提取算法　32

2.2.3　标定算法　33

2.2.4　轮廓曲线拟合算法　38

2.2.5　误差分析　42

 2.3　二维半层去图像法测量技术　43

2.3.1　层去图像法测量系统的工作原理　44

2.3.2　层去图像法测量系统的技术要求　45

2.3.3　层去图像法测量系统的关键实现技术　46

2.3.4　层去图像法测量精度的影响因素　55

第3章　三维空间域图像测量技术　59

 3.1　概述　59

 3.2　立体视差摄影测量法的原理　60

3.2.1　立体视差测量系统　60

3.2.2　改进的直接线性变换算法　63

3.2.3　实用的自动立体摄影测量算法　67

3.2.4　同名点坐标的自动求取方法　68

 3.3　实验测量系统　71

 3.4　系统参数和精度分析　83

第4章　光切法三维轮廓测量技术　93

 4.1　概述　93

 4.2　点结构光测量原理　94

 4.3　光切法三维测量原理　96

4.3.1　光切法基本测量原理　96

4.3.2　光切360°三维轮廓测量原理　98

4.3.3　测量精度及编码失效现象　98

4.3.4　双三角并联的光切法三维轮廓测量原理　99

4.3.5　光切法三维测量系统的基本组成　102

 4.4　光学编码与信息提取　103

4.4.1　高斯光束柱面反射展成法生成线结构光　103

4.4.2　编码信息提取　107

 4.5　测量系统的标定　108

 4.6　激光线扫描三维形面测量系统的设计　111

4.6.1　机械系统的结构　112

4.6.2　基本测量方式及数据合成　112

4.6.3　系统设计　114

4.6.4　载物台回转中心的确定　117

 4.7　多视测量与数据拼接　121

4.7.1　“三点法”测量与数据拼接的原理　121

4.7.2　“三点法”测量数据拼接应用实例　124

 4.8　影响测量性能的主要因素　125

 4.9　光切法三维轮廓测量　127

4.9.1　测量系统简介　127

4.9.2　测量实例　127

第5章　单频光栅编码的三维轮廓测量技术　130

 5.1　概述　130

 5.2　强度调制傅里叶变换相位测量　130

5.2.1　相位与高度的关系　132

5.2.2　离散傅里叶变换　133

5.2.3　变形虚拟光栅图的离散傅里叶变换　134

 5.3　强度调制变形光栅图像的分析　135

5.3.1　频谱混叠和泄漏对解调的影响　135

5.3.2　背景光和反射率对频谱的影响　136

5.3.3　待测物体高度分布对频谱的影响　136

 5.4　单频率强度调制的相位解调　137

5.4.1　相位解调　137

5.4.2　相位解调精度分析　138

 5.5　单频光栅编码的应用实例　139

第6章　变频光栅编码的三维轮廓测量技术　143

 6.1　概述　143

 6.2　双频光栅测量方法　143

6.2.1　双频光栅编码技术的原理　143

6.2.2　虚拟复合光栅测量的原理及实验　145

 6.3　变频光栅测量方法　147

6.3.1　变频光栅编码技术的原理　147

6.3.2　测量系统的标定　148

6.3.3　变频光栅编码技术　150

 6.4　ATOS光学扫描仪的工作原理与系统标定　152

6.4.1　ATOS测量系统的工作原理　152

6.4.2　ATOS扫描头的标定方法　153

6.4.3　扫描测量实例　156

第7章　正弦结构光编码的三维轮廓测量技术　158

 7.1　概述　158

7.1.1　空间条纹扫描相位检测　158

7.1.2　相移技术　159

 7.2　正弦结构光编码的莫尔条纹图的形成与分析　160

7.2.1　莫尔条纹图的形成　160

7.2.2　莫尔条纹图的参数　164

7.2.3　莫尔条纹轮廓　166

7.2.4　莫尔条纹的傅里叶分析方法　167

 7.3　正弦结构光测量物体三维轮廓的莫尔法　173

7.3.1　阴影莫尔法　174

7.3.2　相移阴影莫尔法　178

7.3.3　投影莫尔法　183

 7.4　基于正弦结构光编码的相移三维物体面形测量技术　185

7.4.1　概述　185

7.4.2　基本原理　186

7.4.3　光学结构分析　187

7.4.4　正弦光场的产生　190

第8章　线性结构光编码的三维轮廓测量技术　194

 8.1　概述　194

 8.2　线性编码的三维面形相位求解原理　195

8.2.1　单边线性编码的准外差计量原理　195

8.2.2　利用3个采样值的对称双边线性编码的准外差计量原理　199

8.2.3　相位展开　202

 8.3　三维物体面形测量系统的测量原理　205

8.3.1　三维物体面形测量系统　205

8.3.2　空间交叉轴系统的测量原理　207

8.3.3　空间异面光轴系统的测量原理　210

 8.4　测量系统标定　214

8.4.1　系统标定概述　214

8.4.2　间接平差法标定　215

8.4.3　相位差空间局域标定法　223

 8.5　系统性能分析、仿真及三维面形的自动测量　225

8.5.1　测量系统的性能分析　225

8.5.2　系统仿真　227

8.5.3　线性编码的三维物体面形自动测量　232

第9章　彩色光栅编码的三维轮廓测量技术　240

 9.1　概述　240

 9.2　彩色编码光栅直接分析法三维轮廓测量技术　241

9.2.1　测量原理　241

9.2.2　数字编码方法　241

9.2.3　解码方法　243

 9.3　基于彩色复合光栅投影的三维轮廓测量技术　245

9.3.1　相位法的基本原理　245

9.3.2　基于彩色复合光栅的三维轮廓测量方法的基本原理　246

9.3.3　相位展开算法　247

9.3.4　变形光栅中的频谱混叠　248

9.3.5　模拟分析与实验　250

参考文献　252