上世纪50年代至今，光学三维测量的研究已经历了半个世纪的发展，研究者们不断探索，发展了多种方法。借助于计算机，投影、摄影器材等一系列电子设备、高性能器件和数码产品的不断升级，加之信息科学的飞速进步，光学三维测量的研究向着自动化、智能化、快速、准确以及小而轻便的方向发展，越来越接近实用。现有光学三维测量方法分类如下图：
　　被动光法在自然光照的条件下进行，依赖于物体大致形态、光照条件等先验知识，以及大量的图像匹配和无歧义特征提取工作，还常常需要人为干预。
　　主动光法采用结构光照明方式。结构光是指某种图案的投影光，如光栅、点阵、空间网格编码等。物体表面形貌实际上是对投影光进行了空间或时间的调制，只要对拍摄图像进行解调，即可得到物体表面的三维信息。以三维表面对时间的调制为例，如一个激光脉冲从激光器发出，经物体表面反射回到接收器，通过检测光脉冲从发出到接收的时间延迟，计算出距离（飞行时间法）从而得到物体表面的三维信息。主动光法可控性较强，受测量环境的影响较小，目前投入应用的方法大部分都属于这类方法。
　　由于被动光法多基于立体视觉原理，下面先介绍被动光立体视觉方法（三角法）的基本原理，再逐一介绍各种被动光法。
　　立体视觉的基本原理与人的双目视觉原理类似。人的双眼相距一定距离，因而双眼看到的图像稍有不同，通过这些视差人脑可以得到一些三维信息，人的视觉就有了立体感。被动光法的基本特点就是使用两个摄像机拍摄同一物体，通过两幅图像的不同得到物体表面的三维数据。
　　人眼和摄像机的成像原理都是以透镜为主的二维成像。将三维客观世界的光线投射到一个二维平面上来成像，透镜会损失一维的数据。
　　标记点法通过使用外加的红外标记点和特殊滤光片，可以简化图像处理工作。由于标记点一般不多，系统处理速度非常快，通过对标记点进行跟踪可以实现实时测量。此外，标记点的算法简单，可以用硬件实现，为小型化提供了方便。
　　标记点法只能测量标记点的三维坐标。由于需要设置标记点，从而增加了操作的复杂性。
　　而且不可以进行大量点的采样测量（一般在100个标记点以内），这就决定了该方法测量的空间分辨率不是很高。
　　自动聚焦法通过调节摄像机的像距，并把摄像机焦距和像距视为已知，根据透镜成像原理求得物距。该方法采用一个摄像机，由于结构简单、参数少，故标定简单；然而深度变化时需要多次聚焦，因而速度低；精度更受限于镜头的景深和焦深，对于灰度平坦的区域测距精度不高。
　　离焦法又称象散法，其原理是物距不同的物光点在成像平面形成的光斑相对成像中心位置不同，并且光斑的大小不同，由此可以测量、计算出离焦模型。离焦法与聚焦法的区别在于不要求摄像机相对于被测点处于焦距位置，而是根据标定出的离焦模型计算被测点相对于摄像机的距离。该方法避免了由于寻求精确的焦距位置而降低测量效率的问题，但离焦模型的准确标定则是一个难以解决的问题。
　　主动光法中双目立体视觉原理的应用仍然非常广泛，然而由于采用了人工设计的投影光，其基本测量步骤和原理有所改变。主动光法利用设计的投影光来解决对应问题，减少了环境的影响，极大地简化了问题的复杂性，得到了良好的应用。
　　飞行时间法的原理是基于测量激光或其他光源脉冲光束的飞行时间进行点位测量。在测量过程中，物体脉冲经反射回到接收传感器，参考脉冲穿过光纤也被传感器接收，这样会产生时间差，就可以把两脉冲时间差转换成距离。前面所述的嫦娥一号测量月面地貌装置就是基于这种方法发展而来。其主要优点是精确、分辨率高，共轴的光源和反射波束不受阴影和盲区影响，故不需要图像处理。主要缺点是装置复杂，成本昂贵，逐点测量导致速度慢。
　　干涉测量法利用光的干涉原理对物体进行测量，它的基本思想是通过改变与被测物体形状光学位相相关的灵敏度矩阵形成干涉条纹。随着激光技术的发展，出现了双光束干涉、多光束干涉、外差干涉、全息等多种方法。传统的干涉测量法的特点是测量精度高，达到ｎｍ级，但测量尺寸范围小，对环境要求苛刻。

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