随着科学技术的不断发展,各种微结构元器件在半导体加工检测、MEMS组装、生物医学、航空航天、量子通信等领域具有重要的应用,要实现微结构元器件的高精度加工,必须建立相应的高精度测量方法。本文通过分析三维测量方法的国内外发展现状,研究了基于自动聚焦技术的三维测量方法,对其关键技术进行了探讨分析。为实现微小物体的三维测量,本文基于聚焦恢复深度算法(DFF)原理,设计开发了基于自动聚焦技术的三维测量系统,系统包括光学成像单元和运动控制单元,实现了对微小物体的非接触式三维测量。本文在基于Retinex算法的理论上,提出一种改进的算法。测量过程中,工业摄像机采集的图像质量影响着测量结果的精度,图像质量受光照、相机内部数模转换时造成的噪声等影响。为提升质量,使用改进Retinex图像增强算法,弥补了光照不均现象,增强了图像内部的细节信息。利用图像质量评价指标将本文提出算法与常见图像增强算法进行实验对比,该算法表现最优,使用本文提出的算法进行图像增强,为后续系统自动聚焦提供了可靠的数据信息。本文提出高频方差信息熵清晰度评价算法。该算法通过计算图像中高频分量邻域的方差信息熵,实现了15μm步进序列图像的聚焦判定,通过清晰度定量评价指标对本文提出的算法与常用评价算法进行实验对比,该算法表现最优。被测物表面点高度的测量依靠于自动聚焦技术,通过本文提出的高频方差信息熵算法,配合对聚焦评价曲线的高斯拟合,可精确判定聚焦位置,用于获得被测表面点云在空间中的高度信息,从而实现三维测量。本文设计搭建了测量系统实验平台,在该平台上进行了三维测量实验。在系统验证实验中,选取标准量块与1.5mm高的标准台阶作为被测对象,进行了聚焦功能测试与三维测量测试。系统实现了15μm步进序列图像的聚焦判定,利用标准量块验证了测量系统的自动聚焦功能,在同一位置进行8次重复性自动聚焦实验,该位置高度的标准差为2.82μm;利用1.5mm标准台阶完成了三维测量,上台阶表面点到下平面的平均距离为1.499mm,标准差为0.012mm。