具有镜面反射特性的物体在人们日常生活和工业生产中有着广泛的应用。如何对镜面物体的三维形貌进行无损伤、高精度的测量是光学三维测量中的热点问题。相位偏折术（Phase Measuring Deflectometry,PMD）因其动态范围大、测量精度高、测量速度快、非接触等优点,成为镜面物体的主要光学测量方法。直接相位偏折术（Direct PMD,DPMD）方法,通过直接建立相位与深度之间的关系,可用于测量具有不连续、大梯度表面的镜面物体。在PMD测量系统中,液晶显示屏（Liquid Crystal Display,LCD）成为构建测量系统的必备显示设备。然而,LCD通常被认为是理想发光平面,忽略了透明层折射、非线性失真、表面平整度等非理想特性。因此,通过对LCD非理想特性分析和补偿进一步提高测量精度成为一个值得深入探索的研究方向。为了提高系统测量精度,本文针对DPMD系统中显示屏透明层的折射效应进行了分析,并且提出了一种对测量结果进行误差补偿的方法来提高测量精度。论文主要研究内容包括:首先,对透明层投射效应及非理想特性进行了理论分析与建模。将LCD多个透明层建模为单层透明层,根据折射原理推导出像素偏移量公式。其次,建立DPMD折射模型,在折射模型中有显示屏厚度、显示屏折射率以及折射角度三个未知参量。利用光线方程结合信赖域折射算法计算模型中显示屏厚度及折射率的最优解,利用相位数据及系统参数计算模型中的折射角度。然后,通过将DPMD折射模型和偏移量公式相结合,得到DPMD系统深度误差补偿公式,用于对系统计算精度进行补偿。基于所提方法,利用仿真实验和实际实验验证其有效性及精度。在仿真系统中建立了DPMD测量模型及DPMD折射模型,然后对仿真物体进行测量,恢复三维形貌,分析折射效应带来的误差影响。通过仿真实验发现,折射效应主要会对物体边缘范围测量精度造成较大影响。搭建了实际系统对一个镜面反射台阶和一个光学凹面反射镜进行测量,补偿后较补偿前精度提高了约30%。通过实验发现,所提方法可有效提高系统测量精度。