目前,在微纳测量领域,对微观复杂结构的三维形貌测量可以说仍然是具有挑战性的课题。现有的非接触测量方法,虽然具有很高的纵向分辨率,但是难以测量梯度较大的坡度表面。而近些年出现的利用超短景深成像的变焦测量方法则有望打破这一困境,真正实现对微观复杂结构表面的三维测量。变焦(Focus Variation)是利用光学系统的有限景深和垂直扫描方法,采集在不同工作距离下的图像序列,通过图像处理的方法寻找到最佳焦点位置实现测量的。变焦显微测量方法可以测量具有超大深宽比和大倾角斜面的微观复杂结构,而且一次可以测量一个截面,具有测量速度快,测量精度高等优点。本文利用变焦原理,搭建了变焦测量实验平台,通过改变被测物体和显微物镜的距离,采集了具有不同聚焦位置的二维图像序列。针对采集到的图像序列中存在的像素漂移现象,编制了数字图像相关算法由子区匹配进行校正。通过分析比较多种聚焦评价函数的评价效果,选择了单峰性好,鲁棒性强的聚焦评价函数,并提出了先在大范围内进行最值搜索,再在最值附近的小区域内进行高斯拟合得到聚焦评价函数极值的搜索算法,以得到像素点的深度值。然后,在空间域由基于区域特征的图像融合算法得到了灰度融合图像和彩色融合图像,同时运用小波变换得到了频域图像融合结果。最后,把得到的三维点云数据导入到Cloud Compare软件中,得到了物体的三维形貌图,并通过量块实验,验证了该算法的精度,得到了较好的结果。