一种三维测量系统和相位误差补偿方法，所述方法结合最佳补偿因子和设定的图像修正模型对小步相移法投影图像进行相位补偿，获得小步相移法补偿后实际投影图像；投影图像指的是投影仪投影输出的条纹图；小步相移法的投影步数小于或等于5。本发明中针对小步相移法投影图像与目标物体预期投影图像的相位误差差计算最佳补偿因子，以便根据最佳补偿因子对小步相移法获得的投影图像进行光强补偿，然后根据补偿后的投影图像计算相位，实现了投影图像的相位纠正，提高测量精度。