光学成像系统的极限分辨率受到系统孔径和波长的限制,增大系统孔径是实现高分辨率目标成像的必然选择。然而,大口径光学系统的加工设计精度受到了检测方法的限制,传统的干涉法和接触式轮廓法难以满足大口径、全面形的测量要求。结构光反射方法具有原理简单、非接触测量、效率高、动态测量范围大等诸多优势,在此基础上发展起来的共轴结构光反射方法能有效避免离轴量引起的误差,日渐成为大口径反射镜面形检测的重要检测方法。共轴结构光反射系统中,光学元器件的相对距离精度限制了结构光反射法的测量精度。本文针对距离测量的问题展开研究,基于RCF标定原理基础上,提出了一种差分-临界状态边缘检测的距离测量方法。首先,以平晶反射镜为基准,使用差分-临界边缘检测的方法完成距离预测量;然后以坐标测量仪等外部测量仪器为辅助手段,完成被测镜替换下平晶反射镜后的参数替换和距离测量。本文的主要工作和研究内容如下:(1)研究了三种经典的结构光编码方法,在图像包含噪声的情况下,分析了编码图案形状对于质心提取精度的影响,根据分析结果,选择了抗噪性能良好的正方形点阵图作为结构光反射的编码图案。(2)对结构光测量过程中应用的质心提取算法开展了研究,针对目前质心提取算法存在的漏采样及错采样的问题,提出自适应窗口光斑灰度质心提取的方法,分析并验证了自适应光斑质心提取的准确性。(3)提出了一种共轴结构光反射系统的距离测量方法。结合光路特性,利用差分原理求取光阑到平晶的距离以及平晶到液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)的距离之和;再运用临界装调边缘检测的方法,让LCD输出序列图像,根据图像的临界点与平晶的口径求得两距离之比,从而计算出距离参数。(4)根据距离测量方案构建了实验系统,并对系统进行了装调。以高精度平移导轨的平移导向为基准,探测器采集图像光斑质心作为判断依据,分5个步骤,对实验系统进行了亚像素级精度校准,并完成了距离测量实验,验证了方法的可行性。理论分析结果与实验结果一致,验证了该方案的可行性余正确性。对结构光反射表面测量技术的发展提供了理论基础,具有重要的意义。