表面形貌对组件的功能方面起着非常重要的作用。随着科学技术的发展和精密加工要求的提高,表面形貌测量技术也越来越为大家所重视,尤其是光学测量技术。变焦方法作为一种非接触式的表面形貌测量方法,将光学系统小景深测量和垂直扫描相结合,可以实现大斜率测量,并且对不同材料有良好的鲁棒性。本文搭建了变焦测试系统,利用多种聚焦评价函数和图像处理技术对变焦图像进行处理,重构表面三维形貌。本文的主要工作如下:1.阐述了表面形貌测量的发展和应用,对目前常用的表面形貌测量方法进行总结归纳,详细说明了变焦测量方法的发展现状及研究意义,并对变焦方法的基本原理和工作过程进行了深入研究。2.选取适用于变焦图像处理的聚焦评价函数,并对比分析几种评价函数的抗噪性、计算效率等,对影响测量质量的聚焦评级函数中的窗口尺寸因素进行了详细的分析,确定评价函数的参数设置和适用范围,并对评价函数性能进行优化。3.针对利用聚焦评价函数计算后得到的初步深度估计图的精度不高的问题,提出了多种插值拟合方法,对比分析插值拟合方法的计算效率和精度,确定了高斯插值法的优越性,大幅度提高了计算精度。4.提出了一致性检验思想,在保证原数据的基础上有效滤除奇异点。通过一致性检验并结合图像预处理和空域滤波等方法,优化了计算结果。5.根据样品测量需求,选择合适参数的相机、物镜和光源等设计并搭建由运动模块、成像和采集模块、程序模块组成的变焦测试系统,编写系统控制程序和图像采集与处理程序。通过测量MEMS微谐振器结构、球形探针测头和刀具刃口等多种不同样品,验证了所提出方法的可行性和有效性。