为了实现车间现场大尺寸部件的实时测量，本文建立了一种光笔式单目视觉测量系统。利用光刻工艺设计制作了一种新型光笔，针对光笔上的特征点成像中心坐标的提取，本文中应用了亚像素边缘提取拟合椭圆的方法。根据光笔特征点的位置分布特征，应用一种图像识别的算法，使光笔特征点的像面坐标和在光笔坐标系下的坐标对应起来。针对本系统所用镜头畸变不规则的特点，提出了一种网格补偿法。根据近景摄影测量学后方交会的基本原理，建立了光笔坐标系与摄像机坐标系之间的转换模型。同时基于转换模型提出了一种优化相机的焦距和笔尖在光笔坐标系下的位置坐标的方法。实验结果表明，本系统的具有较高的测量精度，一定程度上满足了实际测量的需求。本文研究的主要内容有以下几个方面：1、设计制作了一种新型光笔。利用光刻工艺制作了新光笔，使得光笔相邻特征点中心间的距离和标准设计尺寸相比误差为1微米。同时根据光笔上亮圆的分布特征建立了光笔坐标系，应用一种识别算法使光笔特征点的像面坐标和光笔坐标系下的坐标对应起来。2、提出并应用一种网格补偿畸变的方法，对镜头的畸变进行了补偿。首先建立了以靶标点的理想像面坐标和实际成像坐标组成的模板数据库。然后根据待补偿点在模板数据库中的定位，利用周围的点作为基点，根据距离的远近作为补偿的权值，对补偿点进行畸变补偿。3、提取目标特征点。本文根据亮圆成像边缘灰度差分布符合高斯分布的规律，首先提取边缘的亚像素点，然后进行椭圆拟合提取目标点的中心坐标。4、基于近景摄影测量学中的单像空间后方交会原理，建立了光笔坐标系与摄像机坐标系之间的转换关系，通过最小二乘平差法循环迭代求解最优的单像空间外方位元素，从而确定了转换模型基本参数。5、分析了摄像机焦距对光笔式单目视觉测量系统结果的影响，并用优化算法确定了相对准确的焦距和光笔测头在光笔坐标系下的位置。本文的创新之处在于利用光刻工艺制作了一种新型光笔，同时建立了光笔坐标系和摄像机坐标系之间的转换模型，最后在转换模型的基础之上，提出了一种优化相机焦距和光笔笔尖在光笔坐标系下位置的方法。