钢球的球体几何特性令表面上的缺陷难以连贯成像引起漏检或缺陷畸变被误判，且钢球的镜面反射效应可能造成缺陷信号被周围环境的像和高反亮斑淹没，导致缺陷漏检。为此，提出了一种基于光学暗场线扫描技术的钢球表面缺陷检测方法，设计搭建了一套适用于高反射率钢球的暗场线扫表面缺陷检测系统，开发了图像预处理、畸变校正、缺陷提取、点云重建、分割和过滤等算法，建立球面图像点间的空间几何关系，成功将钢球表面缺陷在三维球面上重构，实现了轴承钢球表面缺陷的三维连贯检测。实验结果表明，对表面完好的无损球测量重复性为0.14%，对表面带有缺陷的磨损球测量重复性为0.11%。

针对线扫描视觉检测系统精度易受机械结构误差影响且具体影响机制不明确的问题，建立并分析了机械误差对系统成像误差影响的数学模型。基于多体运动学与齐次坐标变换理论推导了线扫描视觉检测系统机械系统误差传递模型，并结合线扫描成像特点建立了系统误差综合模型，阐明了机械误差与系统输出图像误差间的对应关系。利用多元函数全微分方法对模型进行了误差灵敏度分析，明确了对系统输出图像x、y两个维度误差影响显著的误差源。针对实际线扫描视觉检测系统进行了误差源验证实验，实验结果表明：所建立的系统误差综合模型可以准确识别出对线扫描视觉检测系统输出图像影响最大的关键误差源；模型对于关键误差源在不同位置灵敏度数值预测与实际偏差不超过2.38%，可以实现对系统关键误差源灵敏度的准确预测。

作为一种三维成像技术，激光线扫描技术在海底目标探测和地形地貌测绘中获得了广泛应用。本文搭建了一套水下激光线扫描实验装置，对经过标定的激光线扫描装置获得的图像进行激光光条提取、特征提取匹配等图像处理后进行三维重建。在光条提取算法方面，针对水下散射粒子等干扰，结合单通道阈值法和灰度重心法提高了光条提取的精度，较其他光条中心提取算法有更强的鲁棒性；在特征提取匹配方面，提出了一种基于图像的三角位移估计法用于系统定位和位姿矫正，该方法利用线结构光三角测量原理估计场景深度，结合特征点匹配计算系统位移，然后融合点云数据完成姿态矫正。利用自研的线扫描系统在实验室进行了标准球精度测试，在800 mm~2 500 mm的工作距离内误差可以控制在1 mm以下。2019年和2020年该设备搭载遥控无人潜水器进行了深海海底地形三维成像试验，在海底沙坡区域对本文提出的三角位移法姿态校正方法成功进行了验证，并进一步对不同条件的海底地形进行测试，结果表明校正后的激光线扫描成像装置能够快速准确地成像，具有较高的形貌还原度。

针对目前微观三维表面形貌测量技术中存在检测效率和测量范围较小的问题，提出一种基于双线阵相机的线扫描差动共聚焦三维形貌测量方法。采用线扫描光源，利用线扫描拼接算法，分别合成焦前和焦后图像；再利用差动算法获得样本位于测量区域的差动图像，结合预先刻度的轴向响应曲线，完成样本的三维形貌还原，实现大范围高效测量。实验结果证明：基于双线阵相机的线扫描差动共聚焦三维形貌测量方法在相同时间内测量范围和测量效率分别是白光干涉仪的16.48倍和6.59倍，并且该方法在测量过程中不需要停顿，只需实现一次对焦，就可以对样品进行连续不间断的扫描检测。研究成果为满足智能制造中在线在位、实时高效、大范围测量的检测需求提供依据。

传统显微成像一般记录样本的强度信息，对于半透明或相位组织成像对比度较差。为实现相位组织非荧光标记成像，采用线扫描共聚焦全息成像方法，在线扫描共聚焦成像的基础上增加一路参考光，在共聚焦狭缝处形成离轴像面数字全息，通过控制样本的移动实现对样本的扫描，将获得的干涉线合成为二维全息图，通过频域滤波的方式获得振幅与相位分布，采用相邻剖面相似的特性校正环境振动引起的相位横纹，并且通过多区域扫描拼接实现大视场全息成像。对USAF1951分辨率板进行线扫描共聚焦全息成像，采用抖动校正算法，使本实验重建相位图中的抖动横纹降低了84.7%，获取3个子区域图，通过图像拼接达到1 160 μm×1 043 μm的成像视场，扫描更多的子区域可以获取更大的视场，并且对洋葱表皮细胞实现共聚焦相位成像。实验结果表明了该线扫描共聚焦全息成像方法可以实现对半透明样本的大视场相位成像，为相关仪器研制提供了指导与依据。