物体表面三维形变测量在工程材料、生物医学、航空航天等领域有着广泛的应用,数字散斑干涉技术因为具有全场、非接触、高精度等特点而日益得到重视。一般的数字散斑干涉系统只能实现或离面或面内形变的单一测量,本文将数字散斑干涉与数字图像相关结合,一套光路即可实现离面形变和面内形变的同步测量,使用对离面位移敏感的光路,记录散斑变形前后散斑干涉图并重建物波强度与相位,根据物波相位变化可求得离面形变,对物波强度进行数字图像相关处理可求得面内形变。论文详细介绍了散斑干涉与数字散斑相关的测量原理。对散斑干涉中的相位检测进行了仿真,模拟了理想情况、光强不均匀、振动等情况下的相位提取,并计算了不同情况下不同相位检测方法提取出的相位的信噪比,对时间相移技术与空间载波技术进行了定量分析与比较。对影响测量精度的关键参数进行了分析设计和实验验证。根据频谱分离的条件,对光阑直径和参考光入射角度进行了分析设计,并通过实验进行了验证,所设计的参考光入射角及光阑直径范围可保证频谱分离。通过实验研究了光阑直径和参考光物光光强比对相位图质量的影响,给出了可取得良好相位图的光阑直径和参考光物光光强比范围。最后搭建了以马赫曾德尔干涉仪为核心的三维形变测量系统,参物光光强比可调,使用该系统对一块螺旋测微头加载的铝板的离面变形以及对平动铝板的面内位移进行了测量。