表面形貌是制造产品和科学研究样件的重要几何特征,其测量、分析与评定对表面功能质量特性保证具有重要意义。结构光照明显微测量技术基于宽场显微成像原理,使用结构光对被测表面或结构信息进行调制,去除离焦信号干扰,并结合垂直扫描得到三维显微图像。该方法具有非接触、高效率、高精度特点,不仅可以应用于反射表面,也可用于散射表面的形貌测量。本文围绕结构照明显微表面形貌测量技术进行研究,主要工作内容如下:1、基于宽场显微成像原理,研究了结构光照明显微测量系统的点扩展函数与光学传递函数,从频域的角度解释了结构光显微镜具有光学层析能力的原因,分析了结构光条纹不同空间频率对光学层析能力的影响规律,为条纹周期的合适选择提供基础。2、对结构光照明显微镜的成像系统与照明系统进行研究,基于科勒照明原理,提出一种利用成品透镜与无限远物镜,结合数字微镜阵列(DMD)设计结构光显微镜照明系统的方法,不仅便于调节物面光强和照明视场大小,而且有利于保证结构光条纹的均匀性。基于所设计的光机系统,进一步研究了结构光照明显微镜的测量过程及其同步控制原理。3、对基于HiLo的两步法、基于Hilbert变换的两步法、三步相移及多步相移法等结构光照明显微镜光学层析算法进行研究,比较了它们的实现的难易性与鲁棒性,并研究了不同轴向响应曲线峰值定位算法的精度与效率,得到了合适的三维表面形貌高精度重建算法。4、设计建构了一套基于结构光照明的三维表面形貌显微测量系统,进行了性能测试实验,并与商用共焦显微镜以及白光干涉仪进行比较分析,结果表明所建立的测量系统对于散射表面和功能性结构表面均具有良好的精度特性。