视觉测量因非接触、使用灵活、经济、信息丰富等优点广泛应用于国防军事、航天航空、工业产生等领域。单目视觉测量因视场大、操作简便、结构简单等优点运用最为广泛。基于物体特征点的测量因无需特定的靶标成为研究重点。本课题来源于实际工程项目,该项目的设备工作于特种环境中并需要在不同的工位间转移,所以需要一套线缆自动对接装置系统实现设备的电源、信号以及气源连接器的接通和断开。线缆自动对接装置的自适应机构具备误差自适应调整功能,可以避免因误差导致连接器的磨损。自适应机构的误差调整需要对接前的位姿参数作为其控制输入参数,综合项目需求采取单目目标位姿测量方案。测量目标为三个内孔,特征为内孔边缘的拟合圆心。先分割出测量目标并提取出边缘,然后使用Zernike矩进行亚像素边缘细化,接着拟合出特征点,最后使用P3P（Perspective-3-Point）进行位姿解算。本文的主要研究内容如下:针对复杂环境下单一方法难以兼顾图像的全局和局部信息准确地将测量目标分割出来这一难点,本文提出一种基于聚类和Otsu阈值融合的图像分割方法。先基于图像全局信息根据灰度值对图像进行聚类,接着基于局部信息进行每两类间的阈值分割,并将阈值分割的图像进行或操作合并成为一张二值图像,最后将图像取反保留最大面积的连通域即可得到测量目标的分割图像。通过对各种图像分割方法的实验对比,验证所提的融合方法的有效性和鲁棒性。对提取出测量目标的边缘,使用Zernike矩进行亚像素定位,并使用基于边缘信息的自适应阈值,进一步提高目标边缘精度。针对三个特征点求解位姿问题,由特征点对应投影点的像素坐标推导出其在相机坐标系下的坐标,并由绝对定向问题求解出相机坐标系和世界坐标系的位姿关系实现位姿测量。推导测量误差模型,并分析各种因素对测量精度的影响。通过仿真实验对测量误差模型和视觉测量系统进行分析和验证。在实际实验过程中,没有精密的仪器进行位姿测量作为本文视觉测量系统精度的标准,采用线缆自动对接装置的执行机构进行间接测量。以执行机构在两个位置点间的运动距离作为标准,用来衡量本文视觉测量系统测量两个位置点间距离精度,从而间接验证系统的测量精度。通过分析不同曝光度下的测量精度,验证本文视觉测量系统的鲁棒性。实验结果表明,本文视觉测量系统鲁棒性强、精度高,最大的位置偏差为0.12mm,垂直光轴方向姿态角的测量精度可达0.02°,其他两个姿态角的测量精度可达0.07°和0.08°。