在三维形貌测量领域中,采用线激光投射和机器视觉处理的技术已经成为一种实用、稳定的非接触测量方法。线结构光传感器利用的主动式激光光源能够更为有效的排除外界杂散光带来的影响。因此,优良的线结构光的产生是该传感器测量的关键技术之一。本文从线结构光三维传感器测量的原理出发,主要针对系统的光路、结构参数优化和标定部分作了以下几个方面的研究：首先,从半导体激光器发光的机制出发,介绍了激光光束质量评价的几种重要方法。比较几种激光准直方法的优缺点。结合非球面方程建立的知识,提出了利用两片非球面柱透镜的方法对原始光束进行准直,并在光学设计软件zemax中进行仿真,最后达到满意的效果。提出一种利用鲍威尔棱镜对点光束进行整形的方法,给出了较为简单的建模方式；其次,通过对激光三角法的分析,重点介绍了两种建立传感器数学模型的方法,并借由数学公式之间的关系给出结构参数优化的依据,然后在matlab软件中利用非线性规划的方法来寻找最优的结果；最后,介绍了标定理论中世界坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系和像素坐标系之间的转换关系,详细解释了张正友标定法的步骤,进行验证性实验,在传感器校准后标定出相机的内外参数和光平面方程的系数。本论文仅仅完成了线结构光三维传感器设计的一些基础性工作,但为之后利用该传感器完成测量提供了重要的理论依据。