液面静动态变形的精确测量在生物力学、流体力学以及航空航天工程领域都具有较重要作用，例如，充液航天器贮箱内液体晃动对于航天器的姿态控制及其稳定性将造成较大影响。随着液体推进剂所占航天器总重量的增加，液体晃动的影响也同样增加。因此对于航天器贮箱内液体非线性晃动的精确测量将变得越来越重要。本文针对液体的高透光性、低反射性、流动性等特点，致力于发展简便高效的液面静动态全场变形监测技术。本文发表了利用透射光畸变分析液面变形的思想。提出了四步相移透射条纹法，实现了对铅锡合金丝漂浮时液面形貌的精确测量，与理论计算结果符合较好。同时，针对液面全场动态变形过程中无静止参考面的特点，将透射条纹法进行了改进，只采用一台高速相机实现多维信息采集，解决了没有参考面的液面动态变形测量的问题。实现了液体非线性晃动液面变形的精确测量、液面法拉第波的模态的准确测量，以及液体剩余体积的表征。另外，对于不同变形载体的测量灵敏度和适用范围进行了分析，发展了一种结合条纹和散斑的多尺度液面变形测量方法，验证了方法的有效性，将为飞行器贮箱液体晃动特性研究提供有效的方法和测试手段。与传统测量方法相比，本文发展的方法的液面变形测量灵敏度可达微米及以下量级，不但具有光学测量方法共有的高精度、全场、非接触等优点，而且测量方法简便、可靠，对环境要求低，测量系统易于搭建，成本低。