移相干涉术作为一种高灵敏度的非接触式光学测量方法，在精密测量领域得到了广泛的应用。时空移相方法（spatiotemporal phase-shifting method，ST-PSM）作为一种高精确度的移相算法，可避免传统移相算法的周期误差。这使得该算法适用于存在背景光强不均匀、调制度波动以及移相误差的情况，同时也能测量畸变的干涉条纹图像。然而，该方法中的插值拟合步骤要求干涉图呈矩形区域，对于非矩形孔径的光学元件，无法测量其面形全貌。为突破该局限性，提出将干涉图延拓技术与该方法结合，移相干涉图经延拓成矩形后，再使用时空移相方法进行相位提取，以获得完整的面形信息。数值模拟及实验结果显示，就相同形状下的干涉图，经延拓后使用时空移相方法相较于未延拓测得的波面峰谷值与均方根值更精确。以圆形为例，经延拓后峰谷值由0.1236 λ降至0.0446 λ，均方根值由0.0117 λ降至0.0109 λ(λ=633 nm)。结果表明该方法可用于非矩形光学元件的精确测量。

垂直扫描白光干涉法（VSWLI）是一种非接触式三维表面轮廓测量方法。蝙蝠翼作为VSWLI当中一种固有的缺陷，尤其在被测样品的台阶高度小于光源的相干长度时，台阶边缘处的蝙蝠翼尤为显著。相移干涉法不存在这种缺陷，但是存在相位模糊的问题。提出一种将Carré等步长相移算法与快速傅里叶变换（FFT）相干峰值检测技术相结合的白光干涉解调算法。该算法基于逐次变分模态分解（SVMD）与Hausdorff 距离（HD）联合去噪。分别以高度为500 nm和1 200 nm的连续台阶器件和高度为10 μm的标准台阶作为测试样品，进行实验测量验证。所提出的算法能够有效地抑制台阶高度跳变处的蝙蝠翼，克服相位模糊问题。

提出了一种由粗及精的无需预滤波的两帧先进迭代随机相移技术。基于最小化残差背景，首先利用采集条纹图的相关运算，在近似正交条件下估计相移和相位；然后利用这些求解过程中的中间参数在空域由条纹图数据估计相移和背景；最后，迭代上述过程直至收敛到预定义的精度，从而实现相位的精确求解。针对条纹图空域背景和振幅变化问题，利用条纹图子图降低背景空域变化对背景和相移估计的影响，并减小运算量。与现有的方法相比，本文方法由于提供了正确的初值，具有收敛快、计算快的特点。本文方法简单可靠，是一种实用的两帧相移干涉方法。

为了满足现代工业领域中对复杂结构产品的高精度多自由度测量需求，构建了多自由度联合采集系统模型。建立了宽谱段相移干涉多自由度采集系统模型，并对系统中的光学部件进行了设计；以相移干涉技术为基础，提出了多自由度联合测量算法，并分析验证了所设计系统的合理性；根据仪器的物理和光学参数对算法进行了具体实现，基于Simulink的仿真试验结果表明：深度测量精度在μm级，测量范围在m级；光谱检测分辨率在nm级，测量带宽300 nm，覆盖整个可见光区域，光谱准确度为0.2 nm，误差率小于0.1%。该系统满足了现代工业精密测量中高深度分辨率、宽深度测量范围、高光谱准确度、高光谱分辨率的要求。