由于非球面在光学系统中的使用可以有效地矫正像差、改善像质并精简光学系统结构,因此其在天文学、航空航天、国防军事等各领域中扮演着重要的角色,是光学系统中的关键元件。近年来,随着非球面的应用越来越广泛和深入,人们对非球面的加工和检测技术要求也越来越高,相继发展出了补偿法、计算全息法、子孔径拼接法等各种非球面检测方法。其中非球面环形子孔径拼接法是发展较晚但是发展速度很快的方法之一,因为该方法具有检测精度高、通用性好等诸多优点。本文的主要研究内容正是非球面环形子孔径拼接检测方法。本文详细地讨论了环形子孔径拼接检测方法中的各个问题,推导了非球面环形子孔径的划分公式,创新性地提出了子孔径可分辨范围的直观确定法和以最佳球为参考球的基准子孔径确定法,这两个问题的提出可以有效地帮助非球面的划分并能够减少子孔径数目,从而降低了数据处理的复杂度,也在一定程度上提高了拼接精度。在拼接算法上,本文以两个子孔径的拼接为模型进行了详细的论述,继而提出了两两拼接算法和全局优化拼接算法,对两种算法进行了数学描述和仿真分析。运用自编的MATLAB程序对一个非球面度为50微米,口径为100毫米的二次抛物面进行了仿真,并添加了一个Pv值为0.3621波长的面形误差,仿真拼接结果验证了球面环形子孔径拼接算法的正确性。文章最后利用Zygo干涉仪对一个口径为158毫米的二次抛物面进行了环带子孔径拼接检测实验,实验结果PV值和已知的参考结果相比相差约7%,RMS值相差约2%,拼接面形轮廓和参考结果较为一致,这进一步验证了环带子孔径拼接算法的可行性。本文第二部分内容是基于数字图像处理的高精度非球面定位方法,该部分内容对非球面环形子孔径拼接检测实验起到了重要的辅助作用。详述了基于数字图像处理的非球面高精度定位方法原理和定位过程,并搭建实验平台对定位方法进行了验证。仿真和实验结果表明,该方法的定位精度可以达到3-5微米。