光学镜面的面型精度直接影响了光学系统的性能。随着光学设计、制造技术的提高和实际需求增加,在光学系统中越来越广泛地使用到具有高非球面度或非旋转对称特点的自由曲面。而传统的光学测试技术难以测量这种面型复杂的非球面,所以自由曲面的测量技术面临瓶颈,迫切的需要一种兼具灵活性、精度与效率的光学面型检测手段。本文介绍了双目立体视觉镜面物体三维轮廓测量技术,针对测试系统标定、全局相位解包和基于梯度数据的面型复原算法这三方面关键技术重点展开研究。首先使用棋盘格标定板,对双目CCD的内外参数和显示器参数进行标定,计算它们之间的转换关系。然后研究了四种全局相位解包技术,仿真随机噪声和离焦误差情况下对折叠相位进行解包,选取解包效果最好的双频相位解包技术。使用基于梯度泽尼克多项式拟合法和傅里叶变换法恢复三维面型,因后者对物体形状和梯度的限制较少,更适合于自由曲面的面型复原。搭建基于双目立体视觉镜面物体三维轮廓测试系统,测量一面汽车后视镜并恢复其面型,与经典测试方法的结果对比,分析其面型复原效果,验证精度到达微米量级。