光学系统应用非球面可以改善像质，提高光学性能，减小外形尺寸和重量。非球面广泛应用于军事和民用光学仪器中。然而，非球面元件在加工和检测上的困难却一直制约着其在光学系统中的应用。 本文从检测角度出发，提出了投影法测量非球面透镜面形技术的概念。主要做了以下几个方面的工作：光学系统的建立；透镜投影图像的采集与处理；曲线和曲面的拟合；面形检测应用程序的开发；精度与误差分析。 在整个工作中，投影图像轮廓提取的准确性直接影响到系统的检测精度。根据采集图像的特点，设置合理的阈值利用边缘检测算法得到投影图像的边缘。对于轴对称非球面，将获得的图像数据点进行矫正轴倾斜、去除冗余点等操作，然后运用最小二乘法进行曲线拟合，得到拟合方程；对于非轴对称非球面，通过旋转待测非球面得到多幅不同截面的投影图像。处理时，采用边缘平移、坐标转换等方法，利用最小二乘曲面拟合算法得到非球面面形方程。无论是曲线拟合还是曲面拟合，最终结果都以图形界面方式显示。整个过程中的图像处理及数据处理算法通过Visual C++与MATLAB接口编程实现。 为了验证投影法测量非球面透镜面形的有效性，利用Taylor-Hobson轮廓测量仪对一球面凸透镜进行了坐标测量。将测得的曲面点坐标值与采用投影法得到的坐标值进行对比分析，比较结果显示：利用本文所提及方法得到的测量结果与Taylor-Hobson的测量结果吻合很好，投影法可以使曲面点坐标值的精度达到像素级。由于图像处理时去除冗余点后待拟合点数目减少，因此通过插值处理的方法增加待拟合点数目，从而进一步提高了拟合精度。