上述两种传感器的结构形式和功能虽不同，但均是基于相同的测量原理。单级结构光是多级结构光的一种特例，下面只介绍多级结构光的测量原理。

多级光带是用投射器将光栅投射在被测物体上，如图3所示。Q_P为光栅，它在O_gX_gY_gZ_g坐标系中的坐标为O_P（0，0，D_gp）。OX₁Y₁Z₁为像平面上CCD坐标系，O₁为像面中心，它在O_qX_gY_gZ_g坐标系中的坐标为O₁（D_pc，0，D_gc）；θ_k和β_k为第k条光带P_k相应的夹角（图3）。O₀为P_k光切面与X_g轴的交点，它的坐标为O₀（D_go，0，0）。图3中P_k平面的方程为

Z_g=-X_gcotθ_k+D_gp

D_pc=D_go+D_oi

图2 平行式多级光带表面传感器

图3 多级结构光测量原理(www.daowen.com)

在广义坐标系中，像点与物点的关系用广义坐标表示^[1]

式中，P为透视变换；R_Y（β_k）为绕Y_g轴转过β_k角；R_X（180°）为绕X_g轴转过180°角；T₁为坐标平移。

被测件上一点的坐标为

式中，f为摄像物镜的焦距。

要想得出X_g、Y_g和Z_g，传感器的结构参数D_gp、D_gc、D_pc、θ_k和β_k应已知。但在视觉检测技术中，在制造和装配时，很难获得这些参数的精确值。为此，装配好后，在实验室内需对传感器的结构参数进行标定。