数字全息测量具有准确度高、非接触和全场测量等优点。单波长数字全息测量主要适用于高度变化在微米级的连续性形貌物体,而基于双波长干涉技术的多波长数字全息技术可测量形貌更复杂、高度方向变化更陡峭的物体,大大扩展了数字全息计量技术的应用范围。近年来,多波长数字全息的研究发展有两个主要方向:一是与实际需求相适应的新的测量方式和/或光路;二是图像处理方面包括降噪、数值重建和相位畸变修正等的新技术新方法,使计算效率和测量准确度得到明显改善。

针对带有深孔特征的异型曲面三维形貌的测量需求,提出基于CAD(Computer Aided Design)数模提取信息进行自适应布点的方法和基于法向精度控制的轨迹规划测量方法。通过对机器人的位移-时间、速度-时间与加速度-时间曲线的仿真分析,验证了运用高阶多项式插值法可得到平滑的轨迹曲线。通过基于法向精度控制的形貌测量实验分析形貌测量过程中TCP(Tool Centror Point)的位置偏差与角度偏差,发现位置偏差小于0.092 mm,角度偏差在0.19°内,证明了所提方法的可行性。

针对镜面物体三维测量系统中两显示屏无法精确平行正对的问题, 提出了一种在镜面物体三维测量系统中通过软件产生变形条纹等效两显示屏精确平行正对的方法。该方法首先采用机器视觉技术标定两显示屏的外参。然后基于所标定的外参, 利用软件编程产生等效两显示屏平行正对的变形条纹, 变形条纹通过半透半反镜后所成的像在相机坐标系内呈现前后精确平行正对的关系。最后, 利用对应两个显示屏上的变形条纹计算相应位置相位的差值, 并通过均方根误差定量评定所提出的方法。实验结果表明, 所提出的方法能将水平方向的均方根误差缩减为原来的24.21%, 竖直方向的均方根误差缩减为原来的8.15%, 从而提高三维测量系统的精度。

针对表面高度起伏较大的物体的三维形貌测量问题，提出了一种改进的离轴双波长数字全息测量方法。利用偏振分光原理，将两个波长的物光信息同时记录在一幅全息图上，并借助两个波长的频差形成远大于单一波长的等效波长，从而将数字全息术的纵向测量范围拓展到微米甚至毫米量级范围，有效克服了单波长数字全息术测量形貌起伏较大物体时不可避免的相位去包裹问题。对微米量级高度起伏的台阶状样品形貌进行了实验测量，测量结果与样品标称值及台阶仪测量值具有很好的一致性，证明了该方法的有效性。

为实现回转体形貌测量系统的相机自标定, 研究了回转体对象的透视投影特性, 提出了一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先, 利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性, 从测得图像提取场景中的截面椭圆, 利用正交于回转轴的截面椭圆求取圆环点的像, 并结合极线约束建立绝对二次曲线像的全约束方程; 然后, 通过对求取的绝对二次曲线矩阵进行Cholesky分解获得相机的内参数。其次, 在求得的内参数矩阵的基础上, 通过回转轴和截面图像的成像特点建立测量系统外参数方程, 求解测量系统外部参数。实验结果表明, 利用本文方法进行相机内参数标定的精度优于0.95%, 外参数标定精度优于5.6%。该方法只需利用被测对象自身几何约束, 不需任何标定板和标定块, 标定过程简单有效, 能够满足工程实际需要。