目前,三维测量技术是计算机视觉领域的重要课题,在虚拟现实、文物保护、机械加工等领域有着广泛的应用,然而大多数商用的三维测量设备灵活性较差,无法测量结构较为复杂的工件,并且存在测量死角。手持式三维扫描仪灵活性高,测量精度很高,对被测物体的三维信息的还原性更好,方便携带,可用于各行各业的发展,因此,手持式三维扫描技术成为目前发展的主流趋势。但是现有的手持式三维扫描仪大多数投射激光条数较少,在数据拼接时多帧点云数据匹配成功率不高,导致测量效率低。针对以上问题,本文搭建了一套基于线结构光的手持式三维扫描系统,对单视角下多激光三维重建和多视角点云数据拼接进行研究。本文主要研究内容如下:首先设计一套三维扫描系统模型,该模型结合了双目立体视觉模型和基于激光的系统模型的特点。为了确保标定精度,利用了经典的张正友标定法进行双目相机标定。设计了一种针对双通道网格激光平面方程的标定方法,实现了网格激光不同平面方程的标定。其次提出了一种高精度激光线的亚像素提取方法。通过图像预处理后得到感兴趣区域后,利用Hessian矩阵求解出激光线的向量特征,在法向方向上使用高斯曲线拟合修正提取激光线的亚像素中心点,并通过KD树构建了点链拓扑关系,使原本相互独立的点建立了联系,最后利用激光平面方程与极线约束匹配,将激光线三维重建。然后设计并应用了一种基于空间几何特征的三维匹配方法。该方法用空间非编码点与周围点的欧氏距离和夹角信息以及周围点之间构成的几何特征,匹配不同视角下的空间非编码点,该方法具有很高的准确性和效率解决了传统方法中普遍存在的一些匹配歧义的问题。最后将各个模块整合,设计开发一套基于线结构光的手持式三维扫描系统,能够对物体进行三维测量,并通过测量实验,验证其精度,进行误差分析。