条纹投影法和条纹反射法是两种针对漫反射物体和镜面物体三维形貌测量的重要非相干光三维传感技术。这两种方法因其非接触、高速、高精度等优点受到了广泛关注，一直是光学三维测量技术研究的热点。相位分析方法是这两种测量技术的重点和难点。本论文从相位分析方法入手，首先研究了几种典型的相位解调、相移标定和相位展开算法。首次将相移标定中的帧间强度相关（IIC）矩阵法用于铌酸锂电光相位调制器相位调制特性的检测，并验证了该方法的可靠性和适用性。在基于条纹投影的三维测量方法的相关研究中，对空间孤立的截断三维物体进行准确相位解调是最具挑战性的研究内容之一。本论文介绍了一种基于数字点阵投影的彩色复合光栅编码方法，提出了一种新的基于可靠度排序和数字点阵投影的相位展开方法。仿真和实验结果表明该方法能对空间孤立的截断物体进行准确相位展开。由于镜面物体的高反射率，大量成熟的漫反射物体三维形貌测量方法并不适用。而镜面物体的常规测量方法具有局限性，不易对自由曲面物体进行快速、高精度测量。本文结合计算机仿真和具体实验数据详细研究了基于条纹反射的类平面镜面物体三维面形重建方法、测量系统的误差情况以及大动态范围三维数据的分析方法。对标称半径为15.360m的标准凸球面镜半径的测量结果为15.818m。通过带通滤波等方式分析了手机表面横向空间尺度300~1000μm对应的漆面桔皮现象和1000~3000μm对应的外壳加工缺陷的分布，得到了喷漆表面亚微米量级的划痕等微观形貌。对消除载频参考相位时参考平面放置位置偏差导致的面形重建误差进行了理论分析和实验研究。对不满足远心光路条件时系统存在的载频参考相位畸变进行了理论推导和计算机仿真研究，指出采用适当的参考相位消除方法可以消除该非线性畸变的影响。首次对建立的类平面镜面物体解析模型的测量精度和适用范围进行了计算机仿真研究，实验结果表明该模型对类平面镜面物体具有较高的测量精度。