为了快速精确地获取深孔结构内壁三维面型，从而分析深孔加工质量，提出了一种基于激光谐波调制的线型扫描系统，设计了可深入深孔结构的反射式光学系统。研究了通过时间窗滤波的谐波匹配点云优化算法，该算法利用谐波调制相位范围对近轴线扫描区域进行阈值分离，从而完成点云数据的滤波。实验针对三种不同类型的深孔进行了测试，并采用Handyscan三维成像仪进行了点云数据对比。文中对5 cm×5 cm的内壁区域进行了量化分析， 对比了优化前后的三维点云图像。优化前的点云中明显包含很多杂散点，综合平均偏差为0.53 mm，而采用优化后，噪声被有效抑制，综合平均偏差降为0.12 mm。在x轴方向上，系统位置偏差均值为0.240 mm，在y轴方向上，系统位置偏差均值为0.228 mm。由于优化后降低了需要计算的点云总量，故其收敛速度也有一定的改善，在3000点以上趋于稳定，约为优化前用时的65.8%。可见该系统适用于深孔内壁三维面型检测，为深孔测试与数据降噪提供了新的思路。