偏折术作为一种高精度的面形检测方法，其测量精度不仅依赖于系统参数的标定精度，还受到显示器面形的影响，尤其是对于常用的基于平面镜反射模型实现系统标定的偏折术测量系统，显示器面形还会直接影响系统参数的标定精度。为了研究显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响，首先预设了不同形变量的显示器面形，再依据提出的计算方法分析了其对系统标定精度以及测量精度的影响，结果证明显示器面形不仅会降低系统参数的标定精度，还会在待测元件的面形测量结果中引入较大的低阶项及高阶项误差。最后通过与实验结果对比，进一步验证了所提出方法的正确性，该研究为拼接偏折术检测系统的测量误差提供了一种定量计算分析方法。

提出了一种基于相位测量偏折术波前检测的三维流场流动显示方法。光线经过流场后的方向偏转反映流场内部折射率变化, 根据逆哈特曼波前检测模型, 通过同时记录多个视角的光线偏折量, 利用迭代反演重建技术对流场进行三维重构。详细介绍了测量原理以及算法, 通过数值模拟验证了高速流场瞬态流动结构的三维重建, 密度场重建误差的均方根误差(rms)约为 0.19kg/m-3, 验证了本方法的正确性。结果表明, 该方法具有非接触式定量测量、精度高、装置简单、成本低等优点, 为实现大视场定量的复杂三维流场密度测量提供理论基础。

为了解决相位测量偏折术测量小曲率半径凸球面时相机所采集到的条纹图案边缘模糊、对比度低的问题，提出了基于逆光线追迹的预畸变条纹偏折术。该方法通过预设待测球面元件的曲率半径建立逆光线追迹模型来获得预畸变条纹图案。利用N步相移算法和迭代优化算法获得待测元件坐标和高度，再结合微分几何方法计算待测元件各点的平均曲率半径。在数值模拟中对曲率半径为8 mm的球面的测量精度约为11 μm。最后，在实验中对曲率半径均值为8.26 mm凸球面上的各点进行测量得到的平均曲率半径为8.28 mm，测量区域的直径由原来的4 mm增加到5 mm。结果表明，相比于传统偏折术，本文方法不仅解决了偏折术测量曲率半径较小凸球面时条纹图案边缘模糊、对比度低的问题，还提高了测量精度、增大了有效测量面积。

对于传统的相位测量偏折术, 基于反射定理的测量原理导致其难以完成具有大陡度的大曲率元件曲率半径全口径测量。因此, 传统单目偏折术与平面反射镜相结合的测量方法被提出。然而, 现有的测量方法中需将安装于显示器上的平面反射镜严格处于45°倾斜状态, 并在水平方向与相机光轴的夹角为45°, 这无疑使实验装置的调整难度大大增加。提出了一种基于成像透镜入瞳中心标定的测量方法, 该方法只需要利用显示器的平移来获得成像相机的入瞳中心即相机的投影中心, 而无需精确调整相机和平面反射镜的姿态, 操作简单, 易于实现。实验中测量了曲率半径均值为8.262 mm的凸球面光学元件, 测量得到其每点的平均曲率半径均值为8.321 mm, PV为0.212 mm, 相对误差约为0.71%。相比于现有的正入射光路, 所提方法不仅实验装置调整难度低, 而且还能保证较高的实验测量精度, 验证了该方法的可行性。Phase Measureing Deflectometry Based onEntrance Pupil Center Calibration

本文提出了一种利用透射偏折术测量球面透镜结构参数的方法。该方法以本文推导的附加姿态参量的球面表达式构建透镜表面模型，同时结合系统标定数据在计算机中建立理想的光线追迹模型，最后利用非线性最优化算法计算得到透镜结构参数。在实验过程中，透镜出射光线的偏折量是两表面的累加和，难以确定单面的影响，因此采用双相机从不同位置观测待测透镜。文中详细介绍了测量原理以及算法，数值模拟结果验证了本方法的正确性。最后将双凸透镜结构参数的测量结果与标称值进行对比，对比结果进一步证明了所提方法的可行性。本方法具有测量参数齐全、无需精细装调过程、装置简单等优点，为透镜全参数同时测量提供了实现途径。

提出了一种测量成像透镜轴外点波像差的方法。基于逆哈特曼原理建立了逆光线追迹模型，通过标定的系统参数，测量了透镜轴外视场点的波像差。通过模拟和实验，对该方法进行了验证，并对实验误差进行了分析。实验测量了有效孔径为60 mm的平凸透镜在不同视场下的波像差，将实验结果和模拟结果进行了对比分析，并且分析了轴外点初级像散和初级彗差随视场和入瞳孔径的变化规律。该方法具有测量动态范围大、测量系统结构简单、实验设备成本低廉、测量环境易实现等优点，并且无需复杂的相机标定过程，为透镜的轴外点波像差测量提供了一个可行方案。

提出了一种将有像差透镜当作理想薄透镜与棱镜阵列组合的模型，该模型可用于验证透射式相位测量偏折术测量透镜波前像差的可行性。ZEMAX和Matlab软件的仿真结果表明，该棱镜模型中正向光线追迹和逆向光线追迹得到的透镜波前像差近似相等。基于该结论搭建实验装置并测量了口径为75 mm的单透镜波前像差，实验结果表明，该方法仅需一台CCD相机和一台LCD显示器就能完成测量，具有设备简单、易于操作的特点，且不需要复杂的标定过程，为透镜波前像差的测量提供了一种在线检测方法。

为了提升全息光学元件集成成像3D显示的离屏距离, 提出了一种采用计算全息波前设计, 对集成成像显示时的每个像素发散角进行精细的调控, 来实现增大3D显示的离屏距离的方法。通过对设计波前进行计算机仿真得到了66.0 mm的连续3D景深, 基于空间光调制器的光学重建实验实现了140.0 mm的集成成像离屏距离和75.0 mm的连续景深3D显示。该方法可以为基于全息光学元件的集成成像3D显示提供一种很好的离屏、3D分辨率增强和景深增强解决方案。

为了提高获取角膜地形图的测量精度，将相位测量偏折术和传统Placido盘法相结合，研究了一种新型的人眼角膜地形图获取方法。将人眼顶点处的法线与相机光轴共线，且与显示器的法线平行。显示器上显示的二维正交条纹图经人眼反射后，被相机接收。利用相位提取算法和迭代算法得到显示器和人眼角膜的坐标，再根据两者的几何关系，进而得到人眼角膜地形图。数值模拟表明模型眼的曲率半径和屈光度的测量精度理论上可达±14.7 μm和±0.07D。最后实验上对曲率半径与人眼接近的球面元件进行了测量验证，结果表明，本方法具有测量精度高、装置简单、成本低等优点。

根据逆哈特曼检测原理建立了逆光线追迹模型，对透射相位测量偏折术系统进行了分析，并提出了可适用于透镜或成像镜头波像差测量的计算方法。在波像差定义的基础上，通过计算正逆模型光程差的对比在原理上验证了此方法的可行性，通过模拟计算验证了本方法的有效性。结合实际光线标定、系统模型追迹和N步相移算法得到了实际透镜的波像差。在实验中测量一个平凸透镜的波像差，并与干涉仪的测量结果进行对比，两者测得的波像差的RMS差仅为0.03 μm，验证了此方法能够精确地测量透镜的波像差。结果表明，本方法具有装置简单、成本低、计算原理简单等优点。在无需干涉仪的前提下，为测量透镜的波像差提供了一种新的离线或在线/在位检测手段。