为了在非线性测量系统中获得更好的相位测量结果，提出了一种在几乎消除非线性影响后使用双频光栅投影的相位测量方法。首先，讨论了相位测量系统的非线性效应，分析了频域中存在高阶频谱成份的基本原因，给出了减小非线性效应并分离基频信息的基本方法。然后，在减小系统非线性效应影响的基础上，分析了使用双频光栅投影测量被测物体条纹图像的相位基本原理。为验证所提出的相位测量方法的有效性，进行了计算机仿真和实际实验，获得了良好结果。在仿真实验中，该方法的误差值为有非线性影响方法的27.97%，为几乎没有非线性影响方法的52.51%；在实际实验中，该方法的相位恢复效果最好。表明采用本文方法所测量的相位效果好，误差较小。

在测量系统中，CCD的非线性效应会影响复杂光学三维面形的测量精度，针对这一问题，提出采用双频光栅投影消除CCD的非线性效应以提高测量精度。首先，分析了CCD非线性效应对三维面形测量的影响，给出了该情况下出现频谱混叠的解析推导和物理解释。然后，讨论了CCD非线性效应下的双频光栅测量原理，分析了此时变形条纹的光强分布及其经傅立叶变换后得到混叠频谱的原理。最后，给出了由等效波长来衡量测量精度的方法，推出了使用双频光栅投影测量三维面形高度信息的基本公式，并进行了理论分析。对最大绝对值与平均绝对值分别为24.3181 mm和1.0839 mm的物体进行仿真分析，测量值与实际值之间的最大绝对高度误差与平均绝对高度误差分别为0.8950 mm和0.0622 mm，提高双频光栅基频后，其对应值分别减小为0.3710 mm和0.0232 mm；在实验结果显示，当双频光栅的基频都增加2.5倍后，频谱中的基频与高级频谱间分离较好，测量精度提高。因此，采用双频光栅投影消除CCD非线性效应具有较强的实用性和很好的发展前景。