白光干涉法已经被广泛用于MEMS微传感器、光学透镜和透明薄膜等超精密器件的表面特征检测当中。随着超精密制造及复杂微纳器件技术的迅猛发展,其大尺寸基底与表面精细微结构的复合特征对超精密形貌特征检测的需求日益增大,对白光干涉测量技术在精度、速度和范围等方面提出关键技术挑战。本文针对于白光干涉测量中存在的特殊光谱效应影响、振动噪声干扰和大范围测量等难题,深入研究白光干涉技术的单视场成像测量原理与多视场数据拼接方法,提出基于复合相移的高精度三维重建新算法和基于内群特征点对的多视场三维形貌快速配准方法,开发实现白光干涉三维形貌测量系统,并通过仿真和实验验证所提方法和系统的有效性。本文主要研究内容概括如下:（1）调研超精密三维微观形貌测量技术的研究现状,了解白光干涉技术在重建原理和算法研究上的研究进展与存在的问题,明确本文研究内容与方案;（2）深入研究白光干涉的成像特性及其三维测量原理,分析现有三维重建算法,在此基础上设计白光干涉仪总体架构,搭建白光干涉三维测量装置;（3）针对白光干涉测量精度易受光源和测试环境等因素干扰的问题,提出一种新的高精度复合相移三维重建算法。构建复合高斯相移模型,提出基于合成波长的相位融合方法,提高相移干涉算法对特殊光谱效应误差和随机测量误差的抑制能力,使白光干涉测量在不同程度的振动干扰下均能具有较好的测量精度和测量稳定性;（4）针对大尺寸基底精细微结构特征多视场测量快速精准配准难题,提出一种基于内群特征点对的多视场三维形貌快速配准算法。通过改进FAST算子和SIFT算子,快速搜索得到图像特征匹配点对,并以此作为内群匹配点对进行基于SVD的点云粗配准和基于改进ICP的点云精配准,能够有效减少点云配准过程中的迭代次数和计算量,实现三维形貌的高效精确配准;（5）在上述算法研究基础上,基于C++语言和相关工具库,开发实现白光干涉三维形貌检测系统,编程实现所提出的算法及相关功能模块,建立白光干涉三维形貌检测软硬件系统,并通过实例元件的测量验证所提方法和系统的有效性。