彩色共聚焦测量技术因无需轴向扫描，测量精度和测量效率高等优点，被广泛应用于工业领域，如高度测量和透明材料厚度检测等。然而，常见的彩色共聚焦系统多为同轴照明结构，即照明光轴和成像光轴都垂直于被测试样，系统的信噪比和光能利用率大大降低。现有的斜照明系统成像面光点漂移量较大，测量精度和应用范围受限。为此，本文提出一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量方法，将现有斜照明系统的“V字形”结构调整为“三轴结构”，通过增加调节支路限制光点的漂移；同时，利用面阵彩色相机作为光电接收器件，结合颜色转换算法通过光点颜色得到所需高度值。本文先进行标定实验确定本装置的测量范围及精度；再依次以自制台阶和透明材料作为测量对象，得到相应的被测值。同时，为了验证改进后的系统性能，在相同条件下利用“V字型”系统进行对比实验。实验结果表明，该系统的轴向测量范围为350 μm，重复性优于1.69，轴向测量精度可达到微米级，且该系统具有良好的透明材料厚度测量能力。通过对比试验可以验证，系统对于光点漂移具有良好的抑制效果，且抑制后系统的测量准确度有明显提升。

针对并行彩色共聚焦测量系统在进行三维重构时质心识别效果差，处理效率低等问题，提出一种高效率、高精度的三维重构方法。该方法首先对三维重构实验得到的所有图像进行目标提取和图像拼接，得到待处理的拼接图像，通过MATLAB的regionprops函数和形态学处理提取拼接后各个被测点的质心及质心连通区域，并利用颜色转换算法进行相应的“H值-高度”转换，最后，比较并结合插值拟合算法实现了物体表面三维形貌的重构。为了验证该算法的可行性，针对一元硬币的“N”字和“E”字进行处理。实验结果表明，该系统的轴向测量范围为80 μm，测量精度可达到微米级别。该算法可以快速有效地实现物体表面三维形貌的还原，相较于传统方法，处理效率提高5~6倍。

为了满足大范围表面粗糙度测量评定的需求，本文介绍了一种基于彩色共聚焦传感器的差动式非接触测量评定系统和方法。在所提出的系统中，两个彩色共聚焦传感器和一个光学平晶构成差动式测量系统，并通过球头球窝连接方式与机械运动平台耦合。使用这种差动式结构可以补偿机械运动平台的直线度误差，并可以有效地提高测量评定精度。在此基础上，本文建立了表面粗糙度测量、误差补偿和测量性能评估的方法。为了验证所提出系统的性能，对标准高度台阶量块和粗糙度量块进行了测量评定实验。台阶高度的测量实验结果表明，在60 mm的行程范围内，所提出系统6次重复测量的标准偏差s为0.16 μm，相对标准偏差RSD为0.054%，机械运动平台的直线度误差得到了有效补偿；在测量粗糙度量块时，粗糙度参数R_a和R_q的测量误差分别为0.032 μm和0.073 μm。所提出系统的粗糙度测量评定能力满足大多数工程应用的需求。