超精密的微纳器件是制造领域的核心器件, 随着超精密加工技术的迅猛发展, 对相应的微纳检测技术要求越来越高。 微纳检测技术是保证超精密加工技术精确稳定的重要手段, 是超精密加工技术进一步发展的前提。 现有的微纳器件表面轮廓检测方法按是否使用光学原理可以分为光学类和非光学类, 非光学类检测通常为点扫描、 接触检测的方式, 检测效率低, 容易破坏待测器件的表面形貌。 光学类的检测方式多为面扫描, 非接触式测量, 不会划伤待测器件, 检测效率高。 在光学检测中, 白光干涉技术由于其相干长度短的特点, 可实现微纳器件三维形貌的高精度测量, 受到国内外研究人员的广泛关注。 在白光干涉检测技术中, 信号解调算法对整个检测系统至关重要, 传统的白光干涉信号解调算法只采用了干涉信号的部分信息, 解调精度较低, 而高精度的相移解调算法又依赖于粗定位的精度, 无法直接实现高精度的三维形貌恢复。 为了解决以上问题, 提出以相关度为基础的信号解调算法, 该算法通过三级滑动窗口计算相关度, 利用了白光干涉信号的全部信息, 无需粗定位, 就可直接确定待测物体的表面三维形貌信息。 为验证该算法的性能, 对其进行了模拟仿真和实验验证。 模拟仿真结果表明该方法具有可行性, 可准确恢复仿真待测三维结构形貌, 采用三级滑动窗的设置可有效提高运算效率。 同时, 搭建了白光干涉垂直扫描实验系统, 并对光栅结构和微透镜结构进行了测量, 将实验结果与传统的重心法和相移法进行了比较。 实验结果表明该方法能准确恢复出不同物体的三维形貌, 精度及鲁棒性均优于改进的重心法, 接近相移法, 光栅高度的恢复结果表明该方法与相移法的误差小于0.5 nm。 仿真和实验结果表明, 所提出的基于相关度的白光干涉信号解调方法是可行的, 无需粗定位便可实现待测物体表面三维形貌的高精度恢复, 具有高精度、 高鲁棒性的特点。

由于大范围三维激光扫描易受到采集车的多频率振动噪声的干扰，获取的路面三维形貌精度低。传统滤波和图像处理技术存在无法进行分量分析和过程复杂等缺陷。针对此问题，提出一种基于改进的哈里斯鹰优化（AMHHO）算法的变分模态分解（VMD）算法来对路面分量进行分析，精确剥离多频率振动信息。对车载3D激光相机获取的路面点云数据进行降维得到路面纵剖面信号，用所提AMHHO-VMD算法进行分解，对分解得到的本征模态函数（IMF）进行傅里叶变换并结合采集单元振动状态判定多频率振动信息。最后将筛选后的有效分量重构，得到精确的路面三维形貌。实验结果表明：与经验模式分解（EMD）算法和小波包分解算法相比，所提AMHHO-VMD算法能将多频率振动分量从原始路面点云中剥离，获得精确的路面三维形貌。

条纹投影轮廓术期望被测表面反射率足够均匀以保证形貌测量精度，而数字图像相关技术则期望被测表面能够提供高对比度的纹理信息来确保图像匹配准确性和形变计算精度，二者对表面的纹理需求存在矛盾。针对这一矛盾，提出基于RGB模型的标记点纹理消隐与提取方法，通过计算特定的消隐系数与提取系数，同时提取高质量的条纹图案和纹理图案分别用于后续形貌和形变测量。实验结果表明，相较于已有方法，所提方法可以解决条纹投影轮廓术和数字图像相关技术对纹理要求的矛盾性问题，同时实现高精度的三维形貌和形变测量。

为实现激光损伤在线显微三维形貌的快速重构，提出一种基于小波变换的改进聚焦形貌恢复（SFF）算法。利用三维聚焦评价函数逐点反演深度信息，重构光学元件激光损伤三维形貌。采用激光损伤在线显微成像装置，利用所提算法对银反射镜表面激光损伤区域进行三维形貌重构。结果表明：所提改进算法的清晰度比率、灵敏度、平缓区波动量分别为2.608、0.131、0.356，对最大深度为169.8 μm的被测区域，测量相对误差为1.56%；相比传统方法，清晰度比率提升约1倍、灵敏度提升约3倍、深度测量相对误差降至1/10，平缓区波动量可以达传统方法的1.1倍。所提算法已用于在线显微损伤判别系统的研制，实现了激光损伤三维形貌在线快速重构测量。

为了使用高频条纹实现对物体三维形貌高精度快速测量, 提出了一种利用双频外差和时空相位展开实现三维测量的方法。该方法仅投影两套高频条纹图片, 利用双频外差方法计算出一个频率较低的截断相位分布, 经空间相位展开得到其对应的连续相位, 用于指导高频条纹截断相位展开, 获得三维重建需要的绝对相位分布。该方法对双频外差后的低频截断相位上进行空间相位展开, 降低了空间相位展开难度, 增加了双频条纹投影三维测量的适用范围。实验结果表明该方法的STD误差为0.06 mm。该方法利用两套高频正弦条纹、不增加投影第三个频率条纹图的情况下, 实现了高精度快速三维形貌测量。