在现代高精密加工、光学以及航空航天等领域中,存在着各种镜面、高亮表面元器件,其表面三维面形精密测量对保障元器件表面质量和设备工作性能至关重要。传统接触式测量方法,在测量过程中,探针与被测表面接触,易造成二次损伤。条纹反射法具有非接触、系统结构简单、成本低、测量精度高和全场测量的优点,成为了当前被广泛研究的镜面、高亮表面三维面形测量技术之一。然而,传统条纹反射法存在高度-梯度模糊性的问题,在测量一些表面曲率较大的物体时,无法准确得到被测表面的梯度信息,难以保证测量精度。围绕以上问题,本文在传统测量方法的基础上引入第二个相机,开展了结合条纹反射法与双目立体视觉法的高亮表面三维面形测量关键技术研究。1)介绍了单目条纹反射测量方法的基本原理,分析了测量模型中存在的高度-梯度模糊性问题。为解决以上问题,在单目条纹反射测量原理的基础上,引入了第二个相机,建立了双相机条纹反射测量模型,并对测量原理及测量流程进行了详细介绍。2)对双相机条纹反射测量方法中涉及到的系统标定、相位提取关键技术进行了分析与总结。系统标定部分,采用张氏标定法,对两个相机进行内外参标定以及相互间位置关系求解;借助垂直位移平台和标准平面反射镜,完成了相机坐标系下显示器位姿参数的标定。相位提取部分,分析了已有方法的优缺点以及适用性,最终分别选择了四步相移法和指数时间相位展开法解调折叠相位和展开相位。3)提出了一种基于极线约束和双目立体视觉的法向量匹配搜索算法。该算法在相机极线上选取匹配点,采用双目立体视觉法求取被测表面点的世界坐标,并计算被测表面的法向量。研究了匹配点的规律变化,在匹配算法的基础上研究了优化方法,提高了测量精度和测量速度。为了获得最终的被测表面三维形貌,需要对已求得的表面法向量进行积分重建,文中对几种积分重建方法进行了归纳总结,最终选用了区域波前重构法对被测表面进行梯度积分重建。4)根据上述测量原理和方法,搭建了一套双相机条纹反射测量系统,完成了系统标定。利用标定好的测量系统分别对平面反射镜和凹球面反射镜进行了三维测量实验,并对得到的三维面形结果进行最小二乘拟合,分析了测量表面的拟合误差。平面镜和凹面镜的测量误差值分别为0.269μm和0.474μm,均方根误差分别为0.042μm和0.06μm,并且与其他精密仪器测量结果相对比,拟合误差图能够较好的吻合,证明了测量方法的准确性。