激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用，为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性，文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系，通过正交方向坐标点迭代获得自由曲面数据点，同时利用相邻坐标点的均值进行曲面法向矢量修正，从而提高自由曲面的构造精度。设计实例表明，准直入射的激光光束经自由曲面整形反射镜，在特定目标区域内可形成高均匀度光斑。进一步从自由曲面的连续性、拟合精度与面形误差三个方面，与传统设计方法进行了详细对比分析。结果表明，所提设计方法得到的激光光束整形自由曲面连续性与平滑度更好，拟合精度更高；且在加工误差允许范围内，目标面的辐照度均匀性更稳定。

航空发动机叶片的加工质量与检测精度对于叶片的使用寿命有着十分重要的影响。本文提出一种基于结构光的高精度扫描视点规划方法以提高叶片检测精度。首先，对叶片整体尺寸进行粗扫描，获取粗模型数据，并根据相机分辨率与采集精度确定视野范围。其次，利用改进Angle Criterion算法进行边界提取，根据边界坐标与视野范围完成边界分割点的确定，利用曲面的截面线法对粗模型进行切片，根据切片结果确定内部分割点，从而完成点云均匀分割。然后，对分割后的点云数据建立有向包围盒获取中心点坐标，并对其法向量进行统计，确定主法线方向，从而生成高精度扫描的视点坐标。最后，对叶片进行表面形貌检测验证，实验结果表明，与超体素分割的视点采集结果相比，本文方法的平均标准差降低了0.0054 mm，且采集视点减少了1/3。提出的视点规划方法在薄壁叶片在机加工检测领域具有良好的应用前景。

三维重建是文物信息保护常用的方法，其主要通过点云配准技术重组文物空间的点云信息，配准精度对文物复现有重要影响。针对文物表面复杂点云纹理特征配准存在精度低、鲁棒性差的问题，本文提出一种基于法向量夹角和面状指数特征的局域点云配准方法。首先，根据点云平面特性设定法向量夹角和协方差矩阵阈值，提取同时满足这两个特征的点云特征点；其次，采用K近邻搜索方法提取点云局域特征点集，通过刚性变换使两组点云质心位置重合，完成粗配准；最终，在两点云粗配准的基础上，根据迭代最近点ICP进行精配准。与传统ICP方法进行对比分析，结果显示本文方法的点云配准误差下降了3%，匹配耗时降低了50%，有效地提高了配准精度和效率，增强了点云配准的鲁棒性。

三维重建技术已在工业自动化领域得到了广泛的应用，但对于工业生产线中玻璃、锻造件等表面结构单一、高反光、无纹理的高温产品，利用传统的三维重建方法得到的三维重建结果往往不准确。这些高温物体会产生红外偏振自发辐射，提出了基于红外辐射偏振成像的目标三维重建方法。首先建立红外偏振辐射模型，分析目标表面红外辐射偏振态与目标表面法向量之间的关系，最后通过对法向量积分得到目标表面的三维形态。该方法不依赖于物体表面的纹理特征信息，对光照条件无要求且采集一次数据即可重构出目标表面的三维形态，易于实现，具有广阔的应用前景。