近年来，三维重建与检测技术有着广泛的应用，金属材质产品的三维重建研究也存在极大需求，然而高光表面的镜面反射、互反射特性并不满足大部分光学重建方法的前提要求，其重建问题依旧是一个难点。在已有研究中，一般采用基于时间编码法的结构光法获取高光表面的高分辨率重建结果，以及采用曝光融合的方法避免曝光过度、曝光不足等不理想区域出现，但此类方法都会导致重建时间成倍增长。可见完成高分辨率、高精度、高速度的高光表面三维重建依旧存在许多障碍，如何解决这些问题需要进一步的研究。
针对以上问题，本文围绕实际工业检测场景需求，以实现分辨率、精度、速度、成本、易用性均有优秀表现的高光表面重建为目标，设计具有创新性的彩色格雷码结构光模式图，并优化基于像素点质量的曝光融合方法，开展对高光表面的三维重建研究。主要研究工作和贡献归纳如下：
（1）提出了结合彩色信息与时间编码法的彩色格雷码结构光法，能够有效提升三维重建速度和点云稠密度。本文针对时间编码法耗时长的问题，加入彩色编码信息以减少模式图张数，并通过双目相机的使用解决相机-投影仪色彩矫正的难点，以格雷码思想降低误匹配代价，投射逆向模式图以辅助像素点色彩值的判断，并尝试构建彩色线移法模式图提高分辨率，最终在成功缩减近三分之二投影时长的同时提升了重建精度。此方法充分考虑了非专业投影仪的特点、避免了投影仪的标定过程，因此同样是低成本、易实现的。
（2）提出了基于直接式曝光融合方法和彩色结构光的高光表面三维重建方法，能够快速将曝光不理想的图像序列融合为高曝光质量的图像，作为输入进行正常的三维重建。针对曝光融合速度慢、效果差的问题，本文避免计算高动态范围的中间结果，而是以基于像素点质量完成融合的方法进行加速，通过多次实验缩短曝光时间序列；同时结合前文提出的彩色结构光特点优化融合参数，进一步加速曝光融合过程、提升融合质量，在三维重建结果中有较好的表现。
（3）以工业场景下的小尺寸高光表面的三维检测问题为背景，设计实现了三维重建系统。本文以实际工业场景中锂电池缺陷检测为初始背景与需求，对所需的相机、投影仪产品的分辨率、帧率、焦距等参数进行分析计算，平衡精度、速度、成本上的需求，进行设备的选型。结合必要的辅助工具，同时集成软件模块，搭建出针对尺寸较小、漫反射或镜面反射被测表面的三维重建系统，提出完整的三维重建方法与流程。实验中初步验证了重建系统与流程的有效性，完成原型演示。