为了评价平面镜面形误差, 采用基于条纹反射法的面形检测原理、通过平面镜法线偏移实现面形误差评价的方法。将正弦条纹投射至光屏, 经被测平面镜反射至相机, 通过小孔成像原理和四步相移法获得被测平面镜上一点的法线, 并与经最小二乘算法面形重建的该点理论法线比较, 获得该点法线偏移, 利用法线偏移实现对平面镜的面形评价。对测量方法进行计算机仿真, 以证明其正确性, 搭建实验测量系统, 并对某一款手机屏幕进行测量实验。结果表明, 该测量方法的重复性精度优于1mrad, 测量重复性高。该研究为玻璃面板等具有高反射特性的平面面形误差提供了参考。

三维轮廓检测能力决定了光学自由曲面开发的进度和应用的范围。基于条纹反射法检测原理提出了一种结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统。该系统主要用于光学自由曲面轮廓的检测，以立体视觉测量得到的光学自由曲面轮廓数据作为初值，结合相位测量偏折法测量数据的迭代，得到精度更高的光学自由曲面轮廓测量结果。实验结果表明，该系统可测量直径为300 mm、倾斜角范围为± 20°的自由曲面光学元件，系统的复合测量能力强，光学自由曲面的测量不确定度小于± 1 μm。

研制了一套结构简单、易于操作的条纹反射测量系统,用以测试Angel型龙虾眼X射线镜片的面型。通过电荷耦合器件(CCD)相机拍摄40 mm×40 mm口径的龙虾眼镜片的条纹反射图像,计算得到了龙虾眼镜片面型的斜率误差分布,并通过积分得到了龙虾眼镜片的面型误差均方根及峰谷值,分别为0.81 μm和6.34 μm。该结果与Zygo干涉仪得到的面型分布规律大体一致。基于条纹反射方法重复测量面型得到的均方根和峰谷值的标准差分别为0.017 μm和0.11 μm,验证了条纹反射方法测量龙虾眼镜片面型的可行性。利用蒙特卡罗方法对待测龙虾眼镜片的面型误差进行X射线聚焦成像模拟,得到面型误差引起的弥散十字焦斑的半峰全宽为0.23 mm,对应的角分辨率为2.11'。该光学测量系统的建立为龙虾眼镜片的球面热成形提供了参考依据。

基于不同梯度数据噪声, 研究讨论了几种典型的梯度积分算法, 并提出了一种改进的Southwell全局积分算法.以重建面形和原始面形的相似度、均方根误差作为算法性能参数, 对梯度数据进行模拟测试.搭建条纹反射实验平台, 对标准凹球面反射镜进行积分重建, 并将条纹反射法测量结果和实际元件参数进行对比.实验结果表明: 用改进的Southwell算法重建的凹球面的半径误差为0.09%, 结构相似度大于0.999, 其重建速度为原算法的1.2倍.改进后的Southwell算法相较于传统的积分算法, 获得了更高的重建质量和重建效率, 满足镜面物体测量的非接触、精度高、稳定性强等要求.

基于条纹反射的相位测量术被广泛用于获取镜面物体的表面三维形貌数据,系统标定是相位测量术中重要的一步,它直接决定了测量结果的精度。提出一种基于相位信息获得系统模型中未知参数的方法,建立相位和深度间的直接关系,并对比了采用相位信息和传统几何特征标识点棋盘格标定显示屏外部参数的准确度,证明了在离焦状态下,采用相位信息的方法具有更高的精度。使用标定好的系统测量了一个凹面镜和一个具有不连续反射表面的台阶工件,得到系统测量结果的误差约为22 μm。实验结果表明所提方法可以精确地标定系统参数,并能获得高精度的三维测量数据。

随着集成电路、汽车行业、先进制造和天文学的发展, 条纹反射术被广泛应用于测量镜面物体的三维形貌。条纹反射术通过反射条纹图中的相位信息计算被测镜面物体的局部斜率或深度信息来恢复物体的三维形貌。为全面了解条纹反射术研究的最新进展, 本文综述了条纹反射的基本原理、反射条纹产生的方式、相位的计算方法、系统参数的标定和斜率积分获得深度数据, 同时介绍了不依赖积分过程的直接条纹反射术。通过具体的应用和实例, 指出了条纹反射术的优缺点。最后, 指出了条纹反射术未来的研究方向。该综述文章为深入研究镜面反射物体的三维面形测量提供了有益的参考。