随着结构光三维成像技术的不断发展,其在精密制造、计算机视觉、医疗成像等领域迎来了巨大的应用前景。而在众多测量方法中,基于激光调制光源的相移法结构光成像由于其光束质量好、准确、快速、非接触、受反射率变化影响小等特点,成为了该领域的研究热点之一。本文的研究方向即为利用半导体激光直接调制和声光调制器件外调制两种方法做模拟调制,结合MEMS扫描投影的方式实现相移,本文研究了光学系统的探测原理以及光源内、外调制的原理,建立了三维重建的数学模型,仿真分析了成像系统影响三维形貌还原精度的因素,同时设计了探测系统的同步控制系统,使其满足探测要求,并据此搭建实验系统进行了探测实验。首先,综述了国内外在结构光三维成像的发展,比较了几种投影方式的优缺点。论述了基于声光调制和相移法在结构光成像中的优势。其次,确定了基于内调制和声光外调制的结构光成像原理。基于内调制和声光调制原理,MEMS振镜扫描投影原理、三步相移法和时间相位展开法,利用相机成像原理和系统标定方案建立了探测系统的数学模型。同时分析了误差和精度的度量方式,提出了本文的误差评定方法。然后,建立了仿真分析方法,探究了激光调制深度、激光调制非正弦化、调制光强大小、随机噪声等因素对于三维成像精度的影响。最后,结合实际测量需求和成像原理搭建了一套结构光三维成像系统,设计了同步控制系统。完成了平面、人脸石膏像的测量。人脸石膏像还原可以清楚辨别面部形态;通过实验分析了激光调制非正弦化、调制光强大小和调制深度等对于成像精度的影响。