实验力学中的变形测量就其本质而言是形貌测量。正在发展中的物体表面的三维形貌测量是物理光学、实验力学、机械、形貌学、信号分析和图像处理技术等紧密结合的一门学科。随着科学技术的飞速发展和工程应用的迫切需求，要求人们提出光学三维形貌测量的新方法和新技术，满足不同领域的应用需求，进而开拓三维形貌测量的内涵，提高其层次、拓展其深度，促进其智能化发展。投影栅相位测量技术作为一种在莫尔轮廓术、傅里叶变换轮廓术和相位干涉测量法的基础上发展起来的、新兴的相位测量方法，因为其具有全场、非接触、高速度、高精度、大数据量等一系列优点而得到重视、关注和研究。　　 本文主要对投影栅相位法测量动、静态物体的三维形貌的两种方法----相移法和傅里叶变换法----开展了全面、系统的理论与实验研究工作。在相移投影栅相位法中，重点研究了基于抑制系统误差干扰的相位提取算法和克服非连续性表面的相位解包裹算法；对于傅里叶变换投影栅相位法，首先讨论了影响该方法的测量范围与测量精度的主要因素，并且给出了它在实际测量和应用中的一些改进措施和革新手段；最后将它与时间延迟积分技术相结合，实现了运动物体的表面三维形貌测量。主要的研究内容如下：研究了相移投影栅相位法的相位提取算法。针对移相误差与CCD 非线性会引起相位计算误差，推导出了抑制与修正其影响的相位提取算法；分析了量化误差对相位计算的影响，发现其影响不大；对于设备振动、光强波动等引起的相位误差，给出了削弱其影响的相位提取公式。研究了非连续性表面测量的相位解包裹算法。针对传统相位解包裹算法存在误差累积传递效应，给出的对照型双频算法避免相位解包裹处理的失败；在其基础上发展出了查表双频法和条纹数分别呈线性递增、指数递增、反指数递减等四种时域相位解包裹算法；并讨论对照型双频法中频率优化选择问题；提出可避免相位解包裹处理的结合型双频算法，并给出其普适性相位提取公式；详细地分析了结合型双频算法的精度以及噪声对相位的影响。研究了傅里叶变换投影栅相位法的基本理论。分析傅里叶变换投影栅相位法的测量范围与测量精度，着重讨论了采样频率和CCD采样过程对它们的影响；针对傅里叶变换相位法测量精度偏低、误差大、计算量大等缺点，给出了消除零频和伸缩傅里叶变换窗口等措施加以改进；针对测量非连续性表面时的相位解包裹难题，提出了微分算法、对照型双频以及确定性解包裹算法等予以解决。研究了时间延迟积分(TDI)技术在动态三维形貌测量中的应用。分析了时间延迟积分技术的基本工作原理以及其动态范围、信噪比和光学传递函数等的特性；详细地讨论实验系统中运动速度、运动方向与电荷转移之间的匹配和控制；给出了实验图像的评估准则和定标过程；并给出了运动物体的三维形貌测量结果。本文投影栅的动、静态三位形貌检测理论及其研究的主要创新点在以下几方面：提出降阶算法，解决图像饱和情况下传统相位提取算法失效的问题；给出结合型双频算法的普适性公式，并分析了随机噪声对相位计算误差及其方差的影响；详细讨论投影光栅的离散量化，得出均值量化光栅更接近正弦光栅的结论；详细讨论对照型双频相移算法中的频率优化问题；给出了对照型双频傅里叶算法中采样频率与光栅频率之间的条件；给出了TDI在速度与方向同时失配情况下，满足实验要求的最低条件。