光栅投影三维测量技术作为一种新型的现代测量技术,以其非接触、高精度、快速测量等优势广泛应用于逆向工程、信息安全、医疗诊断等领域。其中单幅条纹三维测量仅仅需要一幅变形条纹图像即可恢复包含物体信息的相位分布,可应用于动态物体的三维测量。如何从单幅条纹中恢复完整且精确的相位信息成为该技术的关键问题。本文基于一种新的二维正弦辅助的经验模态分解(BSEMD)法,就单幅条纹三维测量中的相位问题展开了深入分析和研究,主要工作和创新点如下:1.提出了一种分区域质量图的快速相位展开方法。传统基于质量图的相位展开方法一方面需要依赖于质量图建立的合理性,另一方面其运算时间会随图像增大而显著增长。对此,在使用BSEMD及Hilbert变换提取相位的过程中,本文提出将基频分量的瞬时频率作为质量图建立的参数依据;然后,由于BSEMD具有多尺度分析能力,从其分解结果的不同模态中可以将容易出现相位展开错误的区域划分出来,在这些区域内进行质量图法的相位展开,而在其他区域采用直接法进行相位展开。实验证明,本方法在保证了全局质量图法的精度同时,显著降低了运算时间。2.完善了基于傅里叶频谱Gamma标定方法的非线性相位误差校正,并提出了应用于该Gamma标定方法的参数约束条件。首先分析投影仪Gamma非线性对于BSEMD相位解调方法的影响,以及单幅条纹Gamma校正的必要性;然后分析并完善基于傅里叶频谱Gamma标定方法的非线性谐波阶数选取、频谱泄露、条纹非均匀周期以及预编码值等因素对Gamma标定结果的影响,进而提出该Gamma标定方法的参数约束条件。最后,实验验证使用本文标定的Gamma值预编码投影条纹能够较好解决单幅条纹的相位非线性校正问题。