物体表面三维形貌测量具有十分重要的应用价值,在自动化加工、产品质量检测、实物仿形、计算机辅助设计、生物医学、机器视觉、艺术雕塑等领域都有着广泛的应用前景,因此成为当今国内外的热门研究课题。随着科学技术的发展,三维形貌测量技术在越来越多的领域发挥作用,其中非接触光学测量方法由于无损、速度快被广泛应用,本文分析了其中的主动式、被动式的各自特点,在显微测量中,被动式的基于景深的三维形貌测量由于硬件简单、易于实现而成为研究热点。本文致力于研究非接触的基于景深的三维测量方法,从聚焦图像恢复三维形貌(depth from focus DFF),其特点是利用普通的显微镜,拍摄不同聚焦深度的一系列图像来计算出三维物体的形貌,不增加硬件成本,便可以通过数字图像的分析处理来获得大概的三维形貌,具有硬件简单、非接触和可测亚微观物体的好处。本文共分为六章,主要论述了基于景深的三维形貌测量现状、存在的问题、算法的改进、仿真的实现以及软硬件测量系统的设计及实现等内容。采用c++builder编程工具设计了电动控制、图像采集和仿真系统的软件,使用matlab实现了三维形貌测量的软件。本文完成了以下工作:1根据实际测量的要求,设计了电动显微镜的硬件框架部分,组装了完整的样机,编制了步进电机控制、图像数据采集的软件系统。2根据几何光学模型,设计并实现了图像景深仿真系统,通过与实际图像的比较,验证了光学模型的正确性。仿真系统提高了分析问题和解决问题的效率。3比较了现在常用的基于景深的三维形貌测量算法,分析其中的缺点,针对高频扩散问题提出了基于关键点的算法,从试验结果看,该算法有效的提高了测量精度。通过对原始图像进行去噪声预处理及孤点去除进一步减小了测量误差。4提出并实现了一种对彩色图像的基于景深的三维形貌测量算法,用来进行彩色图像的三维形貌测量并取得良好效果。