电子散斑干涉技术(Electronic Speckle Pattern Interferometry,ESPI)和条纹投影轮廓术(Fringe Projection Profilometry,FPP)是光学测量技术中两种重要的全场无损检测方法。ESPI可用于位移、应变和表面形貌等的测量。FPP是近年来十分受欢迎的一种快速、高精度三维形貌测量方法。这两种技术已经成为当今科学研究的重要手段,渗透于各个研究领域。在ESPI与FPP技术中,待测物理量与编码在条纹中的相位直接相关,通过计算机条纹分析方法可提取相位,所以研究先进的条纹分析方法对ESPI和FPP的发展和应用有着重要的理论价值和工程实际意义。基于变分的图像分解方法是一个具有广阔发展前景且非常新颖的研究领域。近年来有关的内容日益成为图像处理领域中关注的一个热点。本论文主要基于先进的变分图像分解方法,对ESPI和FPP条纹分析中难点问题和关键技术问题进行了深入的研究,提出了新的条纹分析方法。具体工作如下:1.提出了用于高密度ESPI条纹图滤波的方向偏微分方程快速数值算法。实现ESPI条纹图滤波的同时保持所有条纹不模糊一直是相关领域科技工作者奋斗的目标。方向偏微分方程能够实现沿条纹方向的滤波,是实现高密度ESPI条纹图滤波的有效方法。本论文针对方向偏微分方程存在迭代次数过多、计算时间过长的主要问题,基于Gauss-Seidel迭代算法提出了方向偏微分方程的快速数值算法,有效地提高了计算效率,并应用在高密度ESPI条纹图处理中。2.基于变分图像分解提出了大变化密度ESPI条纹图滤波新方法。大变化密度ESPI条纹图滤波远比一般密度ESPI条纹图滤波困难,甚至比高密度ESPI条纹图滤波困难,是具有挑战性的问题。新方法采用Beppo-Levi空间对粗条纹进行描述,同时采用自适应Hilbert空间对细条纹进行描述,从而可以有效地分离粗条纹、细条纹和噪声,可实现粗条纹充分的平滑同时不模糊细条纹。本文进一步将新方法成功地应用于电路板受热变形产生的离面位移测量及发动机转子叶片脱粘部分的研究中。3.基于变分图像分解提出了FPP条纹背景去除新方法。新方法分别用Bounded Variation(BV)空间、自适应Hilbert空间和L2空间描述FPP条纹中的背景部分、条纹部分和噪声部分,能够实现这三部分的有效分离。与目前存在的先进的经验模态分解条纹背景去除方法相比,新方法抗噪声能力更强。此外,目前存在的FPP条纹背景去除方法都基于频域分析或者时频分析技术,而本文提出的方法是在空间域,建立在变分法和偏微分方程基础上,有效地利用了变分法和偏微分方程的优势。4.基于变分图像分解提出了FPP相位提取新方法。在基于变分图像分解方法去除FPP条纹背景的基础上,实现了相位的提取。本文根据对条纹部分和噪声部分描述空间的不同提出了多种新的变分图像分解模型及其相应数值优化算法。新模型中用来描述条纹部分的空间有G空间和自适应Hilbert空间,用来描述噪声部分的空间有L2空间、E空间、齐次Contourlet空间、齐次Curvelet空间和齐次Shearlet空间。此外,还引入了三维块匹配(Block Matching and 3D filtering,BM3D)算法用于描述噪声部分。本文通过采用模拟和实验数据对其中几种代表性的变分图像分解模型的性能进行了比较分析,给出了不同模型的性能和适应性。本文进一步将提出的方法应用于手部姿势和人脸表情的动态三维形貌测量中,取得了理想的效果。5.基于变分图像分解和变分模态分解相结合提出了正交复合FPP相位提取新方法。新方法首先采用变分图像分解分离正交复合FPP条纹中的背景部分、条纹部分和噪声部分,然后采用变分模态分解对得到的条纹部分进一步处理得到水平条纹和垂直条纹,再用水平条纹和垂直条纹得到相位的梯度,最后对相位梯度积分得到相位。与经典的基于Fourier变换的正交复合FPP相位提取方法相比,本文提出的方法能够恢复出相位的更多细节信息,有效地提高了相位提取精度。本论文的研究成果一方面对变分图像分解起推动作用,另一方面为ESPI和FPP条纹分析提出新方法和新技术,以达到解决ESPI和FPP条纹分析中难点问题和关键技术问题的目的,使ESPI和FPP更有效地应用于复杂测量中。