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。

光频扫描非线性会影响光频扫描干涉（FSI）信号的相位提取精度，进而降低扫频干涉测距精度。针对这一问题，本文提出了一种基于互补集合经验模态分解结合希尔伯特变换（CEEMD-HT）算法的干涉信号相位提取方法。在CEEMD-HT算法进行理论推导和仿真分析的基础上，通过仿真验证了该算法对非平稳扫频干涉信号相位求解的有效性。进一步采用FSI实验系统中的真实输出光频率作为仿真条件进行了仿真实验，仿真结果表明CEEMD-HT算法对干涉信号相位的求解精度以及FSI测距精度都有显著的改善。最后，通过FSI测距系统的测距实验对所提出的干涉信号相位提取方法进行验证。结果表明：在2 m自由空间测量范围内，基于CEEMD-HT算法的重复测距精度为2.79 μm，相较于EMD-HT和直接测量法分别提高了5.19倍和8.28倍。

在传统二维指纹采集过程中，接触式采集方式丢失指纹深度信息，而非接触式三维指纹采集信息更加完整，并且由于其较高安全性和对硬件依赖较少的特点受到人们关注。本文应用条纹投影技术对三维指纹进行测量，构建了卷积神经网络进行单幅指纹条纹图像的相位提取。针对如今主流的均方误差损失函数导致的指纹细节模糊和过于平滑，并且包裹相位存在着2π间断处误差剧增导致难优化的问题，本文提出了全新包裹感知的损失函数。实验表明本文构建的卷积神经网络和提出的损失函数在主观视觉和客观指标上达到了较高的相位提取精度，其整体相位误差为0.083 9，包裹间断处相位误差为0.104 9，同时较好地保留了指纹细节特征。

为了优化相位重建算法，针对波面干涉图的傅里叶频谱，分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应，通过计算机仿真和实验测试，确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.008 5λ，波面均方根值残差为0.000 1λ；处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.009 3λ，波面均方根值残差为0.000 5λ。结果表明：选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小，相位重建精度优于0.01λ，可进一步应用于大口径光学元件的测量中。