本文依托国家自然科学基金面上项目和精密测试技术及仪器国家重点实验室探索性课题，研究小尺寸物体表面三维形貌动态测量技术，发展了一种基于光纤干涉条纹投射的结构光三维形貌测量方法：采用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度余弦分布干涉条纹结构光投射，通过面阵相机采集受被测物体调制后的变形干涉条纹图像，利用傅里叶变换轮廓术算法并结合测量系统数学模型，最终实现对被测物体表面三维形貌的恢复与测量。论文主要研究内容包括：1、进一步研究基于马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉理论的小视场范围高密度条纹结构光投射方案，并建立光纤干涉条纹投射系统数学模型，通过建模仿真研究系统结构参数对投射条纹性质的影响。实际搭建双光纤干涉条纹投射系统，通过面阵相机采集投射光场内干涉条纹图像并分析，验证方案可行性。2、以补偿干涉条纹随机相位波动为目标，提出利用光纤干涉臂输出端面菲涅尔反射信号设计实现闭环相位稳定控制系统；通过直流相位跟踪和交流相位跟踪干涉条纹相位稳定控制方法，驱动压电陶瓷改变光纤干涉臂长度以控制干涉光波相位差，实现投射干涉条纹不随环境温度波动而产生相位漂移。3、以精确提取干涉条纹相位信息为目标，提出高斯变换函数算法对实际采集干涉条纹图像进行补偿，实现条纹背景光强的均匀分布。提出采用条纹等值线滤波算法，在滤除干涉条纹图像中随机噪声的同时保持其余弦分布特征。对干涉条纹图像背景光强、空间频率、噪声对傅里叶变换相位提取过程中的频谱混叠及相位解包裹影响进行研究，为带通滤波器窗口选择、相位展开误差消除、干涉条纹相位信息精确获取提供依据。研究双频相位解包裹算法并进行仿真验证，为实现双波长光纤干涉条纹投射高精度三维形貌测量提供算法基础。4、构建了光纤输出端面和相机镜头连线与被测物体参考平面在非平行条件下的干涉条纹相位信息与实际三维坐标信息的数学关系模型。根据干涉条纹相位差值与被测物体表面高度信息的线性对应关系，采用隐式标定法实现对测量系统结构参数的快速获取，并通过误差分析对系统结构参数进行优化设置。5、搭建光纤干涉条纹投射三维形貌测量实验平台，利用该平台对小尺寸物体表面三维形貌及模拟产品表面三维缺陷进行测量；通过高帧频面阵相机实现对橡胶膜动态形变过程的三维立体恢复。